海上风电综述

我国的负荷中心主要集中在经济发达，耗电量大的 沿海省份，而陆上风能资源则主要在远离负荷中心 的西部地区。大规模陆上风电的开发面临长距离输 电的技术和经济制约。而海上风电则可直接接入负 荷中心就地消纳，对于因用地和环保压力导致本地 电源越来越少的负荷中心电网来说，海上风电的加 入无疑有助于提高其本地电源的支撑能力。
海上风电选址问题 海上风电传输与并网问题
海上风电功率预测
风电场选址的概念
风电场选址是在认真研究国家和地区风电发展规划
的基础上，详细调查地区风能资源分布情况，广泛 收集区域风电场运行数据，通过对若干场址的风能 资源、电网接入和其它建设条件的分析和比较，确 定风电场的建设地点、开发价值、开发策略和开发 步骤的过程，是保证公司风电产业又好又快发展的 关键。
风机出力预测
海上风电出现强烈反调峰的程度和概率将强于
陆上风电，对于系统负荷峰谷差较大的地区，海上 风电的接入将加大系统的调峰难度以及局部电网潮 流的多样性。
另外，海上风电出力的季节特性为冬季比夏季
高，而系统负荷的季节特性一般为夏季高、冬季低， 因此冬季的海上风电消纳难度将高于夏季。
电能输送方式
E= 1 V3
2
风能丰富区：
我国东南沿海、山东半岛和辽东半岛及其附近
的海岛、内蒙古北部和松花江下游地区、新疆和甘 肃有些地区，都是风能丰富区。一般超过200w/m2, 有些海岛甚至可达300w/m2，如福建省有的海岛上 最高达500w/m2，3~20m/s有效风速出现频率高达 70%，全年在6000h以上。东南沿海地区的风能资源 主要集中在海岛和距离海岸线10km内的沿海陆地 区域。由于受丘陵地势的影响，海风登陆后风速下 降，在离海岸50km后一般风速要降低到60%~65%。
海上风电场选址研究难点：
1. 资料数据如何获得 2. 如何与现有选址软件进行比较，如何衡量选址效 果
VSC-HVDC 技术是当前国际公认的海上风电等可
再生能源并网的最佳技术方案。对于大规模海上海 风电场的并网，通常采用单、多端口 VSC-HVDC 系统并网拓扑结构。
我国首个多端柔性直流输电工程（南澳县）就是为 发展海上风电作支撑的。
风电场分为陆上风电场和海上风电场两类。其中，海上 风电场包括潮间带和潮下带滩涂风电场、近海风电场和 深海风电场。
陆上风电场：指在陆地和沿海多年平均大潮高潮线以上 的潮上带滩涂地区开发建设的风电场，包括在有固定居 民的海岛上开发建设的风电场。
潮间带和潮下带滩涂风电场：指在沿海多年平均大潮高 潮线以下至理论最低潮位以下5m水深内的海域开发建设 的风电场。
地理位置：
与陆上风电场相比，海上风电场的优点主要是不占 用土地资源，基本不受地形地貌影响，但是要考虑 能否取得海域的使用权。
风机容量：
海上风速较陆地大且日变化小，单机容量更大，可 以达到3~5MW，年利用小时更高。 投资成本：
海上风电场建设的技术难度较大，建设成本一般是 陆上风电场的2~3倍。
直流输电适合于海下电缆输送，在同等绝缘条
件下，直流电缆的允许工作电压比在交流电压下约 高3倍，绝缘老化慢，使用寿命长。
随着近海风电场规模的不断扩大，场址距离陆
地的主电网越来越远，以及电力电子技术的快速发 展，柔性直流输电（VSC -HVDC）技术越来越受到 风力发电输电系统，尤其是海上输电的青睐，更能 体现出其成本、维护、输电质量等 个海上风电场。
我国海上可开发的风能资源是陆上风能资源的3倍。 风能密度
通过单位截面积的风所含的能量称为风能密度，常以 w/m2来表示。也就是空气子一秒钟时间内以V的速度流过 单位面积所产生的动能为风能，其一般表达式为：
E——风能密度
——空气密度
V——空气速度
1.投资成本增加：无论是风机还是建设维护费用均 要高于陆上风电场；
2.场址基本情况：范围、水深、风能资源以及海底 的地质条件；
3.环境制约因素：是否对当地旅游业、水中生物、 鸟类、航道、渔业和海防等造成负面影响。
海上风电场选址研究可能存在的创新点：
1. 将海上风电场的新的影响因素考虑进选址问题 2. 可以应用新的优化算法，例如有人应用模糊聚类 来解决这个问题等等
2010年7月，上海东海大桥10万千瓦海上风电场34 台机组正式投运，并开始为上海世博会提供清洁能 源。东海大桥风电场是欧洲之外全球第一个海上风 电并网项目，也是中国海上风电的发端。
2012年11月国内第二座大型海上风电场——位于江
苏如东环港外滩的潮间带区域的如东海上示范风电 场全部建成投产，总容量为182MW。
风能较丰富区
从汕头海岸向北沿东南沿海约20~50km地带和 东海及渤海沿岸地区，从东北图们江口向西沿燕山 北麓经河西走廊到艾比湖南岸，横穿我国东北、华 北、西北的广大地区，以及西藏高原中部和北部地 区，都是风能较丰富区。
风能可利用区
风能可利用区包括南岭以南，离海岸约在 50~100km的地带，大、小兴安岭山地，三北地区中 部，黄河和长江中下游以及川西和云南部分地区。
均压控制方法
均压就是要实现模块电压平衡。
三电平变流器均压控制方法相对成熟。多电平变流 器均压控制方法的基本思路有改变参考信号、载波 信号、触发脉冲的排列顺序或多滞环宽度等。
海上风电传输可能存在的创新点 将数学智能算法应用于逆变器的控制策略中
海上风电传输研究难点 高压直流输电模型不仅仅在海上风电方面有应用， 如何体现与海上风电的联系
海上风电并网问题研究方向
与陆上风电相似，可以研究低电压穿越，无功补偿， 及并网后对主网的影响等问题，这些问题相对成熟， 研究起来相对容易
海上风电并网问题研究难点
如何突出海上风电的特点，与陆上海上风电场的并 网问题相区别
风电功率的研究相对成熟，但是有关海上风电出力 特性的研究并不是很多。海上风电有其不同于陆上 风电的特点，但是目前存在海上测风数据不足、海 上风电实际出力的历史数据积累不足的困难，只能 基于实际数据分析和运行模拟相结合的方式进行研 究。
风能贫乏区
除去上述三区域外均为风能贫乏区。
可以看出，我国海上风电资源也比较丰富。据估计，
海上可开发和利用的风能储量达7.5亿千瓦，是陆上 风能资源的3倍，海上风能资源的开发利用在我国 有广阔的前景。在海上风电资源中，5米到25米水 深线以内的近海区域、海平面以上50米高度可装机 容量约2亿千瓦时；25米到50米水深，70米高度风 电可装机容量约5亿千瓦时。
需要具有高变换性能，高可靠性，低损耗的新 型拓扑结构，但是新拓扑结构的提出是很困难的。
调制方法
常用调制方法有正弦脉宽调制(sinusoidal
PWM，SPWM)、多载波 SPWM 方法、空间矢量调
制(space vector PMW，SVPWM)以及特定谐波消除 (selective harmonics elimination PWM，SHEPWM)和 最近电平调制(nearest level modulation，NLM)等调 制方式。
海上风电发展现状 海上风电的特点 海上风电相关课题
世界上第一座海上风电站1991年建于丹麦。
由于海上风电的建设难度较大、维护成本高，世界 海上风电的建设一直停滞不前。
2008 年以后，欧洲的海上风电建设开始逐步进入 蓬勃发展阶段。
2008 和 2009 连续两年世界海上风电新增容量均 超过 50 万千瓦。
海上风电功率预测可能存在的创新点 对海上风电出力数据应用数学方法进行分析，以验 证其不同于陆上风电的特点，这里选取一种合适而 且新颖的数学方法是关键。 海上风机各个机组之间的相关性问题研究。
海上风电传输研究难点 海上风速、海上风电出力数据的获得
选址基本原则： 风能资源丰富、风能质量好 满足联网要求 具备交通运输和施工安装条件 保证工程安全 满足环境保护的要求
规划装机规模满足经济性开发要求，项目满足投资 回报要求，一般要求风电场资本金回报率不低于8%
相对于陆上风电，海上风电选址问题中的需要考虑 的新问题：
海上风电相关课题——风电传输与并网问题
大型海上风电场并网VSC-HVDC 的关键技术主要
涉及变流器拓扑结构和控制方法，以及在海上风电 场中的应用等，例如海上风电柔性直流输电变流器 的多电平拓扑结构、调制方法、均压控制策略以及 海上风电场建模等关键技术。
多电平拓扑结构
现在采用的模块化多电平换流器（MMC， modular multilevel converter)谐波含量少，应用广泛， 缺乏直流侧故障清除能力，且结构不够紧凑，成本 偏高。
我国在风电场宏观选址方面的研究并不是很多，相 关文献主要是关于风电场宏观选址过程中风能资源 条件、地形地质条件等单个因素的评价选址、风电 场选址步骤及某地选址经验总结等，也有部分关于 风电场环境影响评价、风电场宏观选址综合评价、 风能资源评估软件的介绍。
国外对风电开发的研究比国内要早，研究的范围更 广，相关的报道也比较多。主要包括风能资源评估、 风电场选址的社会因素分析、基于GIS的风电场宏 观选址系统开发等。
近海风电场：指在理论最低潮位以下5m～50m水深的海 域开发建设的风电场，包括在相应开发海域内无固定居 民的海岛和海礁上开发建设的风电场。
深海风电场：指在大于理论最低潮位以下50m水深的海 域开发建设的风电场，包括在相应开发海域内无固定居 民的海岛和海礁上开发建设的风电场。
地理位置 风机容量 投资成本 风机出力预测 电能输送方式