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漂浮式风力发电机将为能源需求做出重要贡献

www.cechina.cn2010.07.01阅读 3267

        漂浮在美丽而恶劣的挪威海岸线外的Hywind漂浮式风力发电机,创造了历史CONTROL ENGINEERING China版权所有,成为首台由海下漂浮构架支撑的大型风力发电机。海下支撑设备与用于支撑近海石油钻塔的设备类似。这台风力发电机高出海平面65m或213英尺,发电机叶片直径为82m。设备安装在距离Karmy岛东南海域12km(7.5英里)处,在大约公元1000年,Karmy岛曾是斯堪的纳维亚地区的一个重要酋长总部所在地。

        正如那些征服了很多边疆的著名北欧探险家先辈一样,挪威能源公司,如StatoilHydro,也向着拥有突破性技术的新领域发展。“从长远来看,我们正在进行的试点工程,有利于漂浮式风力发电机为世界巨大的能源需求量做出重要的贡献。” StatoilHydro公司技术&新能源(TNE)部执行副总裁Margareth ?vrum在去年6月发布的讲话中讲到。
        “漂浮式风力发电机组依然是一项不成熟的技术,商业化进程及在风电场大规模建设仍需要很长的路要走。” Margareth vrum说。“我们对Hywind试点的期望,是测试出风浪是如何影响整个装置,以此了解如何优化操作概念和识别技术差距。”
        StatoilHydro公司资产管理经理Sjur E. Bratland ,在去年10月份与POWER 杂志谈到了Hywind 项目。“项目的总成本大约为4亿挪威克朗(NOK) [大约0.71亿美元]。”
        Bratland说。 “然而, Hywind 示范项目是一次性样机,样机的成本不会影响Hywind 漂浮式风机的商业化生产成本, 而商业化生产的成本会较低。”
        StatoilHydro在Hywind 项目上的花费为3.41亿克朗CONTROL ENGINEERING China版权所有, 而Enova公司提供了大约0.59亿克朗。Enova公司是一家国有公司,支持挪威能源生产和使用过程中的环保变革技术。


        图1 Hywind漂浮式风力发电机是首台由海上漂浮式构架支撑的大型风力发电机,漂浮式支架与海上石油钻井所用的支架类似

        西门子在丹麦的风力能源部负责生产风机,法国德克尼普公司负责搭建漂浮系统,而耐克森公司负责生产和布置连接到陆地的电缆线。后续的组装在斯塔万格港附近的my Fjord地区进行,Hywind测试设备去年6月份被拖运到Karmy岛附近海面的安装点,将进行为期两年的测试。8月,Hywind 接入当地电网并开始发电。
        Hywind项目是StatoilHydro公司将其在近海石油和天然气业务中获得的丰富经验应用于解决可再生能源项目的典范。Hywind 漂浮式风力发电机在不超预算的情况下按期交付。同时令人欣喜的是,在整个项目开发过程中没有任何严重的有关健康、安全或环保的事件发生。
        挪威的电力工业
        挪威是世界最富有及人均资本储备最多的国家之一。据美国中央情报局2009年估计,其人口总数约为4?660?539。全国总体电力生产量约为1427亿kWh,总用电量约为1288 亿kWh。美国中央情报局同时估计,挪威出口电量大约是173亿kWh,而进口电量约是34.5亿kWh。
        目前,挪威主要依靠可再生能源发电,水力发电超过99%。干旱时节,挪威主要从火力和核能发电厂进口电能。从对水力的利用率可以看出,挪威的水力发电基础设施几乎已经没有可开发的空间。
        挪威也拥有大量的化石能源,是世界第二大石油出口国。而石油和天然气的生产已经不断趋于平稳。另外,挪威仍占有欧洲剩余石油和天然气大约一半的存贮量。
        “目前,挪威几乎可以通过水力发电自给自足。”Bratland说。“然而,官方声明在水力发电开发领域,挪威已经没有大的开发空间。考虑电力供应及预期增长的用电量,将存在区域性挑战。我相信,风力发电将有可能成为挪威的一种重要的电力能源控制工程网版权所有,承担预期增长的用电量和改善风电、水电相结合发电的规律性,从而有助于解决地区供电问题。然而,挪威风力发电领域,尤其是海上风力发电所面临的主要机遇是成为欧洲其他国家的电力出口国。
        挪威目前为止还不是欧盟成员国。但是,斯堪的纳维亚国家与欧盟有着非常紧密的关系。挪威可以与欧盟成员国保持高度经济一体化和政治合作。挪威是欧洲经济区和欧洲自由贸易协会签署国,该组织规定欧洲市场可面向所有签署协议的国家。
        链接:项目概况
        整个Hywind 风力涡轮样机重约5300公吨,适合水深范围为120m~700m。
        “安装地点是经过两年审核最终选定的。”Bratland说。“离岸距离短可以减少缆线成本,同时可以缩短到达发电机的行程时间。该安装地点为进行实验提供了极佳的条件。”
        漂浮式海上风力发电机的长期目标是最终可以安装在更深的海域。与船锚不同的是,风机上的锚索不仅仅躺在海底,而是需要拉至并固定到海底10 m以下,每根系锚绳与一个重物连接。在安装地点,项目组修建了一个特定点基座。


        图2 大型风力发电机安装于挪威Karmy海岛附近的北海海面

        Hywind项目涉及的费用之一是电缆线成本,较比安装海深距离,其成本更加受限于离海距离。Hywind 项目依赖一个细长的圆柱形物体控制工程网版权所有,有点类似于“柱形浮标”概念,这个设计概念是一种获得专利技术的水下漂浮式钢质结构、混凝土压载水舱,这种方式已经用于海上油、气钻机业务多年,漂浮结构是一个约为117m长的细长钢质管,一端是底座,另一端为风机法兰。
        用压载水舱填满的钢管被运送至安装地点并立于海面。浮标的整个结构被拉至海水中,浮标可牵引至100m水深处,与海底三点系锚相连。
        重力中心点在海底表面以下,避免风机在恶劣的海面上来回摆动。
        “Hywind风力发电机后续服务由当地西门子技术服务人员提供。”Bratland 说。“服务技师们被分派到这项工作,但是他们的主要任务是海上风机的维护工作。”
        Hywind通过GPS进行实时定位,系泊系统将根据已经设立的维修程序进行检验。此外,Hywind漂浮装置、所有的系泊载荷、主风塔上的构架负荷和压载水舱的位置都将被实时监测。这样,任何通过计算数据获得的偏差都将按StatoilHydro的要求被深入调查和检验。
        当地民众,包括市长在内,都为该项目提供了积极的支持,Bratland认为。项目在当地的影响大多是积极的。
        此次,StatoilHydro没有严格关注此项目对海鸟及野生动物所处环境的影响。“Hywind 仅仅是一个需要进行两年测试用的风力发电样机。”Bratland说。“因此,当局没有对指定的安装地点,要求从环保角度进行细致的调查。当然,如果我们扩大区域,环境问题就需要考虑在内。”
        创新技术
        西门子风力发电部主技师Henrik Stiesdal 在去年10月份对POWER 杂志谈到Hywind漂浮式风力发电机项目是如何从当前的创新设计中获利的。
        “Hywind这种有吸引力的简单的细长圆柱设计概念也有不足的地方。” Stiesdal说。“风机被系泊并放置在漂浮的平台上,海水的起伏导致塔座颠簸摇晃。这些摇晃带给支架装置额外的负荷。”
        为漂浮支架创建解决方案已经成为Hywind设计方案的核心部分。Stiesdal认为。因此,已开发了一种先进的适用方案,使用转子叶片偏航系统来平衡移动。这在开发并提高了生产功率的同时,最大程度降低了叶片和塔架的负荷。控制这一过程的软件能够将上次转子角度成功改变的信息记录下来,用于将来减轻波激移动的微调尝试。
        许可问题
        挪威有关海上风力发电项目的规章制度目前还没有落实到位。有关海上可再生能源生产的立法参考文件工作在2009年2月进行了公开听证,但是目前仍然没有展开。
        “缺少海上风电立法已经成为Hywind项目的一项挑战。”Bratland说。“与挪威海岸管理局和挪威水资源和能源理事会紧密合做,来解决与安装Hywind示范项目有关的众多挑战。其中包括缆线安装点选择及漂浮式风力发电机的安装和突显工作。”
        因为这是一个为期两年的研发项目,仅需要满足少量用于陆地风力发电机的应用标准。Bratland表示。
        如果这项创新的项目获得成功,挪威将不再只因维京海盗而出名CONTROL ENGINEERING China版权所有,同时也将因这一可使国家繁荣富强的新型海上活动而闻名于世。
        其他漂浮式风力发电机
        StatoilHydro公司资产管理经理Sjur E. Bratland着重提到其他公司也在进行漂浮式风力发电机项目。他说,“例如Sway概念设计,而StatoilHydro也参与其中。”
        Sway是挪威一个可再生能源技术公司,在深海漂浮式风力发电机技术领域具有领先能力。该公司已经向挪威水资源能源理事会申请了一项测试许可。就是在挪威西海岸?ygarden海域Naturgassparken安装一台测试风机。
        样机的安装将依赖Enova公司的财政支持,Enova公司是挪威皇家石油能源部下属的公共事业单位。10MW 风力发电机的叶片直径为145m, 这一型号风机将使其成为世界上最大的测试风机。尽管这座风机将用于海上发电,但是,Sway 公司想要先将这座风机在陆地上进行2~5年的测试。在陆地测试结束后移至海上运行。

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