第一節(jié) 海上風電 行業(yè) 趨勢及前景

一、海上風電新趨勢

關于風電產(chǎn)業(yè)未來的發(fā)展，風能專業(yè)委員會有關專家認為，海上風電是一個值得關注的新趨勢。目前，國內首個經(jīng)國家發(fā)展改革委核準的海上風電場————上海東海大橋10萬千瓦海上風電場項目已經(jīng)開工建設，計劃于2009年建成投產(chǎn)。

與陸上風電場相比，海上風電場的建設有優(yōu)勢亦有難度。它的優(yōu)點主要是不占用土地資源，基本不受地形地貌影響，風速更高，風電機組單機容量更大，年利用小時數(shù)更高。如東海大橋風電場年有效風時超過8000小時，投產(chǎn)后滿負荷小時數(shù)可達到2600小時以上，發(fā)電效益高于陸上風電場30%以上。但是，海上風電場建設的技術難度較大，建設成本一般是陸上風電的2—3倍。

目前，世界海上風電總裝機容量已達80多萬千瓦。歐洲風能協(xié)會預測，今后15年海上風電將成為風電發(fā)展的重要方向，預計到2010年和2020年，歐洲海上風電總裝機容量將分別達到1000萬千瓦和7000萬千瓦。

我國海上可開發(fā)風能資源約7.5億千瓦，是陸上風能資源的3倍。雖然我國尚缺乏海上風電場建設的經(jīng)驗，但經(jīng)過近些年的摸索，海上風電機組的設計和制造已經(jīng)起步，國家擬通過上海市東海大橋等風電場的建設積累相關經(jīng)驗，對海上風電技術進行專題 研究 。

縱觀全世界，風電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展正在加速向成熟邁進。若期待風能這種潔凈而充足的能源成為全球的重要能源，還需要越來越多的國家采取更加堅決的行動。

二、東南沿海發(fā)展近海風電大有可為

改變能源消費結構、積極開發(fā)可再生能源，是我國“十一五”期間能源 規(guī)劃 的重要內容。目前我國風能開發(fā)主要集中在西部地區(qū)，但專家認為，在電力負荷中心東南沿海地區(qū)發(fā)展近海風能發(fā)電，不僅能破解當?shù)啬茉春铜h(huán)保的雙重困局，而且可以依靠當?shù)氐闹圃鞓I(yè)和人才基礎，發(fā)展自主產(chǎn)業(yè)。

1、目前我國風能發(fā)電布局存在誤區(qū)

風力發(fā)電在世界各國發(fā)展速度非?？?，2004年全球風電裝機容量已經(jīng)超過4760萬千瓦，相當于47座標準核電站。歐洲風能協(xié)會預測，到2020年，風力發(fā)電將能滿足世界電力需求總量的12%。

我國風能資源豐富，儲量超過32億千瓦，可開發(fā)的裝機容量約2.53億千瓦，居世界首位。2004年全國風力發(fā)電裝機容量76.4萬千瓦，僅占全國電網(wǎng)總裝機容量的0.17%。

目前我國大型風電場主要分布在風能資源豐富的內蒙古、新疆、甘肅等內陸地區(qū)。江蘇省宏觀經(jīng)濟 研究 院院長顧為東認為，這并非我國目前發(fā)展風電最適宜的地區(qū)，因為這些地區(qū)的風電發(fā)展存在很多瓶頸：

1）是這些地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展緩慢，無力承受風電高于火電的價差。如新疆的工業(yè)用電價每千瓦時為0.28元，而風電上網(wǎng)價每千瓦時約0.53元，每千瓦時風電需要國家補貼0.25元。

2）是西部地區(qū)煤炭、石油等資源豐富，火力發(fā)電具有明顯的成本優(yōu)勢；而且這些地區(qū)并非我國主要的電力負荷中心，電網(wǎng)建設又比較薄弱，有些風力發(fā)電場常年不能滿發(fā)，這種低效率的投資長遠還將影響當?shù)亟?jīng)濟發(fā)展。

3）發(fā)展風電應是科研、開發(fā)和建設并舉，風電機組對制作精度要求極高，西部產(chǎn)業(yè)技術相對落后，目前尚難進行大批量產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，而東部發(fā)達的制造業(yè)和人才、科研優(yōu)勢，更容易在風電設備國產(chǎn)化、開發(fā)自主知識產(chǎn)權方面取得突破。

2、破解能源和環(huán)保的雙重困局

在飽受“電荒”困擾的東南沿海特別是長三角地區(qū)發(fā)展風能發(fā)電，對經(jīng)濟發(fā)展和緩解能源、環(huán)境壓力都意義重大。

目前歐洲各國都在大力建設近海風電場，國際風能協(xié)會主席麥卡特日前在南京舉行的綠色能源論壇上表示，目前近海風電已經(jīng)占丹麥全國用電總量的6%，英國計劃到2010年1/6的家庭用電來自近海風能。

專家指出，近海風電前期施工難、成本高，但考慮后期運營后，仍然具有成本優(yōu)勢：海上風速比平原沿岸高20%，發(fā)電量可增加50%－70%；海上風的湍流強度低，在陸上設計壽命20年的風電機組在海上的使用壽命可達25－30年，延長40%，折舊成本大大降低；把風電場放到近海，還能解決巨型風電機的運輸難題，減少土地征用。長三角沿海具有發(fā)展近海風能的獨特優(yōu)勢。江蘇省發(fā)展改革委的調研發(fā)現(xiàn)，江蘇省東臺的淤長型輻射沙洲，是全世界除英國莫克姆海灣以外唯一的一處，且每年以100米左右的速度向大海延伸。地質屬典型的“鐵板沙”，承載力強，大大降低施工難度和造價；70米高度的年平均風速在8米以上，年風功率密度達400瓦/平方米以上，是全球難得的建設大型海上風電的理想場區(qū)，甚至有專家稱其為“上天賜給長三角的福祉”。

在東南沿海發(fā)展風電將形成龐大的風電產(chǎn)業(yè)，增加就業(yè)崗位。風電發(fā)展涉及風力發(fā)電機組的葉片、齒輪箱、發(fā)電機、偏航裝置、電控系統(tǒng)、塔架等產(chǎn)業(yè)，這些產(chǎn)業(yè)本地化率高，能快速增加當?shù)鼐蜆I(yè)崗位。1998年的數(shù)據(jù)表明，風能對電力市場的占有率為1.2%，能提供15000個就業(yè)崗位，與核能31%的市場占有率及40000個就業(yè)崗位相比，多出了10倍的就業(yè)崗位；與煤炭的占有率26%及80000個就業(yè)崗位相比，產(chǎn)生4倍的就業(yè)崗位。目前，歐洲平均每臺風機可創(chuàng)造3個就業(yè)崗位。

3、“非并網(wǎng)理論”破解風電“高價無市”

目前我國的風電都通過接入電網(wǎng)系統(tǒng)進入用戶和企業(yè)，但這些用電部門往往遠離發(fā)電、配電設備中心，造成很大的線路損耗。更重要的是，風電上網(wǎng)價格遠高于火電，并網(wǎng)也存在技術難題，電網(wǎng)企業(yè)沒有收購的積極性。而在東南沿海將風電直接應用于鹽化工工業(yè)，則可以破解這一難題。

顧為東經(jīng)過實驗，提出風電不上網(wǎng)而是直接應用于氯堿等化學、冶煉產(chǎn)業(yè)，用電企業(yè)可以用低廉的價格購得電力，風電場則解決了“賣電難”的問題。

食鹽水經(jīng)電解產(chǎn)生燒堿、氯氣、氫氣等系列產(chǎn)品，是非常重要的化工產(chǎn)品。但燒堿生產(chǎn)耗電量極大，每噸100%燒堿需耗電2580千瓦時，耗氣5噸，總能耗折標準煤1.815噸。如果把風電處理成低壓直流電，直接應用于氯堿工業(yè)，則大大減少了常規(guī)能源的消耗。

利用東南沿海豐富的海水資源，將風電應用于鹽化工工業(yè)，形成獨特的風電－制鹽－燒堿－PVC及其它氯產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)鏈，生產(chǎn)化工、醫(yī)藥原料，同時開展氫燃料的制取、存儲，推動專用燃料電池的產(chǎn)業(yè)化；利用當?shù)馗劭趦?yōu)勢，還能整合全球資源，探索將風電應用于電解鋁、電解銅等金屬冶煉和非金屬產(chǎn)品深加工產(chǎn)業(yè)。

這個“非并網(wǎng)理論”得到國際高度評價。顧氏的理論在世界上是首創(chuàng)，為風電的應用和推廣提供了非常有價值的建議，對其它有興趣發(fā)展風能的國家提供了借鑒。

第二節(jié) 海上風電 行業(yè) 投資成本 分析

一、海上風機設計基礎

第一步：確定外部條件——確定強風、大浪、風波共振、風剪切力、冰、海潮、輪船的撞擊力、海洋渦流與風電場的渦流等因素的影響

第二步：設計 研究 ——什么樣的基礎可以使得成本最低？設計的發(fā)展方向是什么？

第三步：設計標準——IEC，ABS，DNV，GL，API

二、風電技術迅速發(fā)展、成本持續(xù)下降

通過不斷努力，歐洲風電技術和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展在推動技術進步的同時，還有效降低了風電成本。自90年代兆瓦級風機出現(xiàn)以來，1.5兆瓦及以上的風機基本上壟斷了歐洲風電的市場，歐盟委托歐洲風能協(xié)會制定風機發(fā)展的標準和認證體系，協(xié)調各個風機制造商，在技術創(chuàng)新的同時，把相對穩(wěn)定機型和頻譜、避免機型出現(xiàn)混亂、增加零部件的通用性和互換性、提高可靠性和穩(wěn)定性、降低發(fā)電成本作為重要目標。根據(jù)歐洲風能協(xié)會的測算，陸上風電的投資成本在800-1150歐元/千瓦，發(fā)電成本在4-6歐分/千瓦時之間，海上風電的投資和發(fā)電成本分別比陸上高出50-100%，投資成本在1250歐元-1800歐元/千瓦，發(fā)電成本在7.1-9.6歐分/千瓦時之間，依據(jù)資源條件不同而有所變化。

風電成本下降，60%依賴于規(guī)?；l(fā)展，40%依賴于技術進步。過去的風電成本下降更多的是依據(jù)技術進步，以后風電成本進一步下降則更多的是依賴于規(guī)?；?、系列化和標準化。例如維斯塔斯的新型3兆瓦風機，由于采用新的材料和翼型，大大降低了葉片重量，從而有效降低了整機的重量，與其90年代開發(fā)的2兆瓦的風機相比，容量提高了50%，重量不僅沒有增加，反而略有下降，盡管目前其單位千瓦的售價還沒有降低，但是，一旦大規(guī)模投入市場，通過規(guī)?；⑾盗谢蜆藴驶?，就可以大幅度降低售價，從而降低發(fā)電成本。世界風理事會估計到2020年，陸上風機的總體造價還可以下降20%-25%，海上風電的造價可以降低40%以上，發(fā)電成本可以同幅下降。

三、海上風電場的運行與維護經(jīng)驗

1、運行與維護費用

相對于運行與維護費用占投資費用的百分比來說，衡量運行與維護費用的指標用運行與維護費用占每度電成本的百分比來表示更有實際意義。通過大量的資料 分析 得出運行與維護費用約占25%。

1）有效性

風電場的有效性，即發(fā)電時間占總時間的百分比，是整個風電場軟硬件系統(tǒng)可靠性、可維護性和可服務性的函數(shù)。然而，對于海上風電場來說，為了對硬件進行維護，對場地的接近性與維護策略一樣重要。

維斯塔斯公司對Fjaldene陸地風電場與TunoKnob海上風電場的有效率進行了比較，由于Fjaldene陸地風電場與維斯塔斯公司中心服務部接近，F(xiàn)jaldene陸地風電場平均利用率是99.3%，TunoKnob海上風電場平均利用率在1996至1998年分別為97.9%，98.1%與95.2%。

2）維修檢查

除非第一年有更多的檢查的需要，一般說來，規(guī)律的檢查是每六個月一次。大型檢修每五年進行一次。從TunoKnob海上風電場的經(jīng)驗來看，每臺風機每年平均維護五次。取消的檢修次數(shù)（一些是因為天氣原因）占成功檢修次數(shù)的15%。

2、零部件的可靠性

1）葉片

當前的海上風電場安裝的風機一般是三葉片結構，很顯然，這也將持續(xù)是風機制造商的主流選擇。但是，與可替換輪轂結合在一起的兩葉片風機，由于其轉子運行速度比較高的優(yōu)勢，也將會流行起來，從可靠性觀點來看，兩葉片風機的主要優(yōu)勢是減少了零部件的數(shù)量以及輪轂結構的復雜性降低，并且轉子更容易被提升起來。

2）齒輪箱

陸地風機制造商，著名的Enercon和Lagerwey公司，專長生產(chǎn)直驅式風力發(fā)電機，因此不使用齒輪箱。目前主流風機制造商生產(chǎn)的海上風機主要是齒輪驅動。由于普遍認為齒輪箱是風機故障以及維修監(jiān)控的主要部件，直驅式風力發(fā)電機是未來發(fā)展的方向。

3）發(fā)電機

總的說來，異步發(fā)電機比同步發(fā)電機需要的維護要少。為了保護標準的異步發(fā)電機免受海洋環(huán)境的破壞，發(fā)電機用整體絕緣套包裹，使其內部免受海洋高鹽份和高濕度環(huán)境的腐蝕。陸地風力發(fā)電機利用空氣冷卻，但是海洋用風力發(fā)電機不建議使用空冷，封閉系統(tǒng)的水冷或空氣—空氣熱交換可以保護風機免遭海洋惡劣環(huán)境的侵蝕。

4）電力以及控制系統(tǒng)

電力以及控制系統(tǒng)的故障占的比例最高，2000年統(tǒng)計數(shù)字，電力以及控制系統(tǒng)故障占總故障的50%。陶器制造的印制電路板以及降低零部件的數(shù)量是海上風機的發(fā)展需要。

5）液壓系統(tǒng)

盡量不要在偏航阻尼、葉片控制以及制動系統(tǒng)中使用多問題的液壓系統(tǒng)。電路控制是首選，利用電路控制可以避免液壓系統(tǒng)由于漏油可能帶來的其他部件的故障，以及潛在的火災。

第三節(jié) 中國海上風電投資可行性 分析

一、風電項目的經(jīng)濟性 分析

從我國現(xiàn)有的風電項目來看，2004年以前建成的項目選用的機型基本為600千瓦至850千瓦，從2004年起國內風電場開始選用兆瓦級機組，部分正在立項的海上風電場選用了2兆瓦的機組。上海目前規(guī)模各為10萬千瓦的東海大橋海上風電場和奉賢海上風電場已經(jīng)完成預可行 研究 ，兩處風電場均將選擇單機容量2兆瓦機型。

由于兆瓦級機組在任何風場條件下，在投資、運營等方面相對于小機組(如850千瓦)都具有明顯的經(jīng)濟性。根據(jù)專家估計，“十一五”期間，全國新建風電場2/3左右將采用1.5兆瓦及以上機型。只有山區(qū)等交通、運輸、吊裝等受到限制的地區(qū)將采用1.5兆瓦以下的機型。而2兆瓦機組陸上風電的優(yōu)勢不明顯，更適合海上風電場。

二、中國海上風電開發(fā)經(jīng)濟性初步估計

對全球變暖、污染以及有限的化石能源等環(huán)境問題的關注，已迫使各國不斷加大對可再生能源的發(fā)展力度，而在各類可再生能源中，風電技術最為成熟，在德國等多個國家已完全具備商業(yè)化的能力，成為各國能源體系中又一重要組成部分。隨著風機技術的逐漸成熟，以及風電具有減少對氣候的影響和其他環(huán)境污染、有利于能源安全等優(yōu)點，使得近年來風電在世界范圍內發(fā)展十分迅速，而成為全球發(fā)展最快的能源。

但是，風力發(fā)電自身的缺陷使其發(fā)展遇到了新的制約。一方面，風能的能量密度很低，只有水力的l/8l6，風能的不確定導致風機運行不穩(wěn)定，可靠性較差，這就使得風電 行業(yè) 不斷追求更大的風機，研發(fā)復雜的控制及預測技術；另一方面，巨大的風機需占用一定的土地，而且噪音巨大，因此其在節(jié)約能源的同時，也對環(huán)境造成了一定的破壞。為了解決以上問題，海上風電逐漸進入人們的視野，經(jīng)過近10年的發(fā)展，海上風電的經(jīng)濟性也已大大改善。

1、歐洲海上風電一覽

目前海上風電以歐洲發(fā)展最為迅速，其裝機形式多采用單樁形式，水深多為10米以下。

為推動海上風電的發(fā)展，歐洲政府實行了綠證交易、可再生能源配額、特許權電價、財政補貼等多種措施，良好的政策環(huán)境促使風電 行業(yè) 迅速發(fā)展，帶動了海上風電投資成本的下降，使得海上風電從1995年2000歐元/kW下降至目前1600歐元/kW左右。經(jīng)濟性的改善更進一步促進了海上風電的發(fā)展，其風電 行業(yè) 已進入了良好的發(fā)展模式。

2、東海大橋海上風電項目投標中的經(jīng)濟性 分析

1）陸上風電與海上風電的發(fā)電小時數(shù)比較

海上風電具有風向穩(wěn)定，海面較為平坦等特點，其發(fā)電小時數(shù)明顯高于沿海風電場。東海大橋風電場風資源評估結果顯示，該地區(qū)發(fā)電小時較江蘇、浙江陸上風電場提高20～30%，且海上風電場利用小時數(shù)隨單機規(guī)模的加大而提高。因此，海上風電場更適宜采用大型機組。

2）海上風電造價結構

由于海上風電場基礎施工、設備安裝等成本上升較大，因此風機投資占項目總投資比例較陸上風電場有所下降，根據(jù)東海大橋項目測算，風機成本占項目總投資50%左右。

在同樣的裝機規(guī)模下，隨單機規(guī)模的加大，風電場風機基礎個數(shù)將有所減少，風機基礎占項目的投資將所有減少，而風機成本則有所上升。

另外，海上風電場選用的風機設備須從國外采購，進口關稅和增值稅影響工程造價12～15%。不含進口設備關稅、增值稅測算上海東海大橋風電項目的投資規(guī)模，則其投資價格約為18000～21000元/千瓦。假設項目全部投資要求回報率8%，資本金要求回報率10%，并享受15%的所得稅政策，項目測算上網(wǎng)電價應在1.00～1.05元。

如果計入進口設備關稅及增值稅影響，將增加風機成本約26%，項目投資將增加2.5～3億元左右，項目上網(wǎng)電價應為1.1～1.15元。

3）海上風電的運行成本構成

在海上風電項目的正常運行年份，折舊及財務費用占據(jù)了年總成本的80%以上，而它們又均與項目投資規(guī)模密切相關，因此，控制項目的初始投資，從而降低項目的財務費用與折舊，將是保障項目盈利性的重要因素。

東海大橋海上風電場不考慮折舊與財務費用的年經(jīng)營成本約為3600萬元，按照供應商REpower提供數(shù)據(jù)，歐洲海上風電場運營成本約為1～1.5歐分，以東海大橋發(fā)電情況計算，則為2730～4100萬元，因此，東海大橋海上風電場經(jīng)營成本與歐洲海上風電的水平相當，其取值應屬合理水平。

由于海上風電利用小時明顯高于陸上風電，因此其經(jīng)濟性應完全可與陸上風電相媲美，目前成本高居不下的原因在于其投資規(guī)模始終處于較高水平，預計隨著技術的進步，其經(jīng)濟性將進一步顯現(xiàn)。在中國目前的技術環(huán)境，若適當考慮稅收等優(yōu)惠條件，則預期海上風電投資成本可控制在20000元/千瓦，上網(wǎng)電價可控制在1.00元/千瓦時。

東海大橋海上風電場海底浮泥達10米以上，這增加了項目施工的難度和成本。對于地質條件相對較好的浙江、江蘇沿海，風機基礎及安裝成本會有所降低。隨風電機組國產(chǎn)化的提高，海上風電投資成本將會進一步下降，上網(wǎng)電價有望進一步降低。

綜上所述，由于我國海上風電資源豐富（僅江蘇省保守估計可開發(fā)近海風電3000萬千瓦以上），而技術進步將推動海上風電投資成本的降低，以上因素將促使我國海上風電經(jīng)濟性的進一步加強，使其成為我國能源有益的補充，而海上風電更會為我國的發(fā)電企業(yè)提供又一良好的發(fā)展機會。

第四節(jié) 風電場可靠性評估

一、風電場的可靠性模型

1、發(fā)電機組輸出功率

在 研究 風力發(fā)電的有關問題時，首先需要確定風力發(fā)電機組(簡稱WTG)和風力發(fā)電場(簡稱風電場)的輸出功率。風力發(fā)電機組的發(fā)電功率與風速間的關系曲線有著不同的形狀，而其中線性特性與風電機組的試驗數(shù)據(jù)較接近。

二、風電場可靠性的蒙特卡羅序貫仿真

蒙特卡羅方法是一種通過隨機變量的數(shù)字模擬和統(tǒng)計 分析 求取數(shù)學物理、工程技術問題近似解的數(shù)值方法。由于風能的隨機性和風速隨時間連續(xù)變化的特點，采用蒙特卡羅序貫仿真方法較為方便地模擬風電系統(tǒng)運行中的實際問題，重現(xiàn)實際系統(tǒng)運行情況。這里主要討論發(fā)電系統(tǒng)的可靠性，假定變壓器、線路等元件完全可靠，負荷采用按年表次序形成的模型。

蒙特長羅序貫仿真的基本思路如下：把1年分為8760個小時區(qū)間，在每個小時區(qū)間系統(tǒng)條件均假定不變。首先進行風速概率抽樣，再對風電機組和常規(guī)機組停運進行隨機抽樣，由此計算出風電機組和常規(guī)機組的出力；冉與負荷模型相結合，按照在系統(tǒng)約束條件的前提下充分利用風電的原則，判定系統(tǒng)運行狀態(tài)。要考慮風電隨機性對系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的影響，風電機組的出力要受到系統(tǒng)能接受的穿透功率極限的約束，即限制風電系統(tǒng)輸出功率為總負荷的某一百分數(shù)。

為滿足模擬精度的要求，需要大量的年度模擬，在此基礎上統(tǒng)計可靠性指標，進行風電場可靠性評估。

三、風電場可靠性及經(jīng)濟性評價指標

發(fā)電系統(tǒng)可靠性指標通常是指由十發(fā)電機組故障而導致對用戶減少供電的一種量度。對含風電場的電力系統(tǒng)中所有元件的運行狀態(tài)進行概率抽樣后，就可計算第i年度系統(tǒng)的性能指標，如停電時間ri、停電電量Ei、停電頻率ni等。那么N個樣本（年份）的性能指標的均值，就是用期望值形式表示的該系統(tǒng)的可靠性指標。

四、算例

在風電機組的可靠性模型基礎上，通過編寫VC++程序實現(xiàn)蒙特卡羅模擬。在實際模擬中需要均勻隨機數(shù)，本文利用C++語言中的rand)函數(shù)生成。應用本文的風電場可靠性模型，把風電場加入到IEEE-RTS可靠性測試系統(tǒng)中汁算有關可靠性指標。該測試系統(tǒng)由32臺機組組成，總裝機容量為3405MW，峰荷為2850MW。

風電機組的切入風速、切出風速、額定風速均相同，分別為3m/s，25m/s，13.5m/s。正常工作期風電機組的強迫停運率均是0.05。

1、風電場在壽命早期的可靠性指標

假設風電場裝機容量為60MW，由!00臺600kW的風電機組組成，風速Weibull分布的升度參數(shù)c=8.0，形狀參數(shù)k=2.0。在壽命早期和常工作期下分別計算得到的可靠性指標。

2、新增風電場對系統(tǒng)可靠性的貢獻

在測試系統(tǒng)中加人裝機容量為240MW的風電場，分3期增加，每次新增風電機組80臺、單機容量I.0MW，風速的Weibull分布尺度參數(shù)c=8.0，形狀參數(shù)k=2.0。計算得出每次新增風電機組對電網(wǎng)可靠性的貢獻。

通過比較計算結果發(fā)現(xiàn)，風力發(fā)電機組可靠性貢獻要比常規(guī)發(fā)電系統(tǒng)低很多，但對整個發(fā)電系統(tǒng)可靠性貢獻仍較明顯。同時隨著風電容量的不斷增加，新增風電場對電網(wǎng)可靠性的貢獻呈遞減的趨勢，這一結果印證了風能因隨機波動性使其供電可靠性低。

3、風電場的風能資源對可靠性的影響

假設向測試系統(tǒng)中加人總裝機容量為60MW的風電場，由100臺600kW的風電機組組成，現(xiàn)考慮不同的風速Weibull分布的尺度參數(shù)c和形狀參數(shù)k對可靠性指標的影響。

五、結束語

隨著風電技術的不斷發(fā)展，發(fā)電成本日趨下降，它的優(yōu)勢和經(jīng)濟性必將日益顯現(xiàn)出來。本文針對風電隨機性的特點，建立風電場發(fā)電可靠性的蒙特卡羅仿真模型，并提出能直接反映風電可靠性的指標，為全面評估風電的經(jīng)濟價值奠定基礎。

第五節(jié) 大型海上風電場的并網(wǎng)挑戰(zhàn)

全球變暖狀況引起了人們對環(huán)境問題的關注，可再生能源由此被擺上了發(fā)電設備的議事日程之首——發(fā)展風力發(fā)電。風能在所有可再生能源之中最具潛力，各國政府都在積極推動風能應用。他們認識到風能可以在極具競爭力的市場中長期起到積極作用：緩解全球氣候變暖，促進能源的多樣性及安全性。

盡管海上風電項目的起步較晚，但據(jù)目前預測：將來風能的開發(fā)利用將偏重離岸位置。其原因在于，海上風電場的優(yōu)勢明顯：那里具有較高的風速；對環(huán)境的負面影響較少；風電機組距離海岸較遠，視覺干擾很小；允許機組制造更為大型化，從而可以增加單位面積的總裝機量；機組噪音排放的控制問題也不那樣突出。

在考慮這些海上工程的可行性之時，AREVAT&D集團的風電專家PhillCartwright 研究 了風電場并網(wǎng)的相關問題，并提出，電力匹配，電網(wǎng) 規(guī)劃 、建設，標準選擇，收費機制等問題應予以考慮。同時，針對這些問題，文章也提供了AREVAT&D集團部分的解決方案和構想。

1、離岸風機電力匯總的規(guī)格問題

風力發(fā)電的技術規(guī)格與傳統(tǒng)發(fā)電形式的技術規(guī)格不相匹配，因為現(xiàn)存的電力系統(tǒng)已經(jīng)有所進化。未來風電機組安裝的潛力巨大，人們要求這些機組具有傳統(tǒng)電廠那樣的發(fā)電規(guī)格，支持電力系統(tǒng)的正常運行。因此，將來大型的風電場可能需要匹配合適的控制器和快速反應電力設備。這些設備應具備強大的操控功能，如：實現(xiàn)電壓、頻率的動態(tài)控制，系統(tǒng)減震，或系統(tǒng)慣性控制等。

在設計匯總離岸電力的基礎設施時，必須認清風力輸出具有隨機性的特質，以及一系列影響因素：包括資源區(qū)域的大小、位置，和不同地區(qū)實行的風能利用體制的差異性等。這些成本方面的電力不平衡可通過采用更準確的風能預測軟件來最小化。風電場發(fā)電時經(jīng)常結合一些其它的發(fā)電方式，需要采用具有擴展的適應貿易功能的特定軟件，軟件功能可包括：集合了基于氣象因素的發(fā)電預測；發(fā)電配額日程安排；發(fā)送監(jiān)測內容；具備貿易市場界面，幫助風電場運行商將其盈利能力最大化。AREVAT&D公司的e-terrawind軟件包就是這些系統(tǒng)中的一個很好的典型。

2、離岸風電場網(wǎng)絡建設

對于較大型的風電場而言，為確保高效運行，有效控制、運行和維護，連網(wǎng) 規(guī)劃 尤其重要。對于任何潛在開發(fā)項目的可行性調研階段， 研究 多個陸上及海上電場連網(wǎng)建設方案顯得十分緊迫。這包括：網(wǎng)絡布局，合適的連網(wǎng)電壓水平，交流或高電壓直流輸電（HVDC）傳輸技術，電纜技術，無功功率補償方案，和陸上或海上變電站的數(shù)量及位置。連網(wǎng)布局配置的設計和確定必須考慮電力輸送等級、安全界限、連接點及電纜鋪設的各個方面。

3、無功功率、閃變和諧波

交流電纜具有很高的電容，由此能產(chǎn)生相當多的無功電力，故需要獲得無功補償。高階分路電容很可能導致暫態(tài)切換和諧波等非正常環(huán)境，這些情況都應在方案提出前作好 分析 ，內容應涉及直流傳輸特性及其潛在效益的評估。

文章建議成立系統(tǒng)支持和網(wǎng)絡咨詢小組這樣的機構。該機構的作用是：模擬所提出的構架，提出控制策略，技術上實現(xiàn)新型發(fā)電方式整合入電網(wǎng)。相關的運算法則和界面可能會被考慮納入類似e-terrawind這樣的軟件包中執(zhí)行。該方法的優(yōu)勢在于采用一個獨立的IT平臺改進電壓狀況和大型風電場的無功功率(VAR)控制性能，因而至少在連網(wǎng)方面，可以實現(xiàn)傳統(tǒng)發(fā)電廠那樣運作。這項端對端的解決方案包括發(fā)電進度表、確保電網(wǎng)運行商和發(fā)電投資組織優(yōu)化整體發(fā)電戰(zhàn)略效率的優(yōu)化工具。電網(wǎng)運行商也可獲益于應用模擬風力發(fā)電的模型評估安全連網(wǎng)的風電場的影響力。此外，軟件將會實時報告風電場中來自渦輪機和電力系統(tǒng)中的關鍵數(shù)據(jù)。

4、可選電網(wǎng)配置方案的確定

電網(wǎng)布局配置的確定應該基于技術、經(jīng)濟和環(huán)境方面的評估。每種配置方案所包括的系統(tǒng)容量和靈活性的確定，應該考慮在正常和意外發(fā)生的情況下系統(tǒng)的運行和控制。一些潛在的利益，包括每種將來適用于擴展的配置方案需具有安全性和可靠性，環(huán)境影響和相關技術，都應該有所 分析 。對無功功率補償?shù)男枨笈c損失影響，也必須在整個評估中考慮到。

5、對陸上電網(wǎng)的影響

人們寄希望于陸上網(wǎng)絡能夠承受大量輸出隨機性很大的離岸電力。承受了大量離岸電力之后，陸上電網(wǎng)的容量和安全性所受的影響應該得到量化及評估。這將包括陸上網(wǎng)絡運行和強化的影響評估，特別有必要考慮技術模型和經(jīng)濟模型，以確定電路損耗的影響力，因為電路負載了風能頻率調整的需求和一些聯(lián)合成本。

6、離岸網(wǎng)絡的安全性標準

離岸網(wǎng)絡安全和質量方面的標準可能與岸上網(wǎng)絡的不同，這主要基于以下兩個原因。首先，不同于陸上網(wǎng)絡，離岸網(wǎng)絡不直接與用戶相連，而風能作為通往發(fā)電機的主要能源是具有間斷性的。因此，應該全面評估離岸網(wǎng)絡可選安全標準的安全性和經(jīng)濟性。此外，評估內容還應包括選擇離岸電網(wǎng)的網(wǎng)格編碼。

7、收費機制

在離岸電網(wǎng)中，短期運行成本主要被電網(wǎng)限制的成本和損耗成本所左右。電價機制的制定可能會考慮到滿足電網(wǎng)安全標準，通向離岸風機的不同層次的接入口，以及電網(wǎng)損失。例如，在英國，BETTA市場系統(tǒng)向市場運行商提供了多種不同的貿易機會，從長期合同、日前能源，到組合其它發(fā)電方式等。在這個案例中，e-terrawind完全整合于AREVAT&D的e-terramarket電子市場定位系統(tǒng)和e-terrarrads共享者貿易系統(tǒng)中。為了補償風力在缺乏調節(jié)的環(huán)境中不可預測的電力生產(chǎn)，風電場運行商通常將煤電、水電等發(fā)電量組合進來。由于高昂的成本和環(huán)境制約性，所面臨的挑戰(zhàn)即是達到更好的系統(tǒng)可控性及能源優(yōu)化組合，來確保在任意時刻混合能源發(fā)電的盈利最大化。當風電場和其它發(fā)電方式組合，e-terrawind的功能等級將擴展至可適應貿易功能，包括整合基于天氣的發(fā)電預測、發(fā)電投資進程、發(fā)送監(jiān)測情況。它同時提供貿易市場的界面，協(xié)助風電運行商將其盈利能力最大化。

8、結論

為了緩解全球氣候變暖，風電場的面積將進一步擴大，離岸機組安裝量也將有所提升。為了確保大量可再生能源連接入電網(wǎng)，需要考慮一些特定的技術方案。離岸電網(wǎng)的建設和評定應根據(jù)技術、經(jīng)濟和環(huán)境約束情況以及安全標準、網(wǎng)格編碼來評估。此外，收費機制的建立也必須考慮將能源整合至電網(wǎng)和市場的情況。

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