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1、海上风电场上海电力2007年第2期漂浮式海上风电场鲍亦和(美国国家工程院院士)摘要:近海风电场的建设成本一般较高,而漂浮式海上风力发电机可以把海上丰富的风力资源转化为更低成本的电能。文章介绍了由漂浮式垂直轴风机组成的漂浮式海上风电场,具有成本低、耐用性强的特点,可以有效降低海上风电的发电成本,提高经济效益。关键词:风速;漂浮式海上风电场;垂直轴风力发电机中图分类号:TM614文献标识码:B更确切的说,对于使用迎风风力机的欧洲近1引言海风电场来说,其安装成本之所以居高不下主要漂浮式海上风力发电机可
2、以把海上丰富的风有以下原因:力资源转化为“绿色的”低成本的电能。这种电能(1)海上风力机重量大且制造成本高。因为的成本比火电厂的电能成本更低。通过把低成本迎风风力机的转子是逆风的,需要刚度非常高的的漂浮式风力发电机安置在海边的强风区域,利叶片(只有足够的硬度才不致于被风折弯),还需用低成本、无方向性的漂浮式垂直轴风力发电机要高强度的塔架(这样才能支撑转子,不致于变来发电。形)。因此,需要大量高强度的材料建造转子和塔一旦在全世界的强风区域都充分发展和建立架,且设备相当重。这种漂浮式海上风电场,那么
3、海上风能将可替代火(2)由于设备重,需要建造一个坚固的地基。力发电成为主要的电力来源。同时,由于风能取之而在较软的海床上建造坚固的地基势必大大增加不尽及对环境不造成污染,大量的交通工具可利用成本。风电而放弃汽油,这将是能源界的巨大进步。随着(3)由于设备重,设备部件的安装成本也很石油用量的降低,大气污染、气候变化等问题也将高,需要有附带超重起重机的专有船只来进行海随之缓解,地球环境将更加清洁、安全、适宜居住。上安装工作。(4)在海上进行风力机的检修相当困难,检2近海风电场的建设成本修成本也非常高
4、。现在一般的近海风电场建设成本非常高,这(5)海上风力机既不经济也不耐用,而这两是因为当前由欧洲主导的将海风转变为电能的方个要素对于任何一个商业产品的成功开发都是重法并不是一种低成本的方法,这种方法需要相当要的要素。高昂的每千瓦时安装成本。综上所述,对于一个典型的欧洲近海风电场来以一个近海风电场为例:说,它每千瓦的安装成本非常之高,且检修成本也相每千瓦时的年均安装成本=总的安装成本/年均发电量(1)当高。粗略估计,现在近海风电场的每千瓦安装成一个典型的欧洲近海风电场将在海上地基安本为3000美元
5、,这是一个相当高的数字,而一般的装大量价格昂贵的迎风风力机(upwindturbine),陆上风电场每千瓦的安装成本仅为1300美元。这导致式(1)中分子部分的安装成本很高;而在近另外,这些海上风力机只能安装在近海风速海水域的风速很缓和,因此式(1)中的分母部分发较均匀的浅水区。假设平均风速在8.5m/s,那电机的年均发电量也相对较少。由以上两点可知么一台近海迎风风力机的年均发电量可以预计为这种发电机在相同发电量的年均安装成本确实相3600kW·h。当高,而实际上风力发电的主要成本正是来自于按式
6、(1)可大致推算出目前一个欧洲近海风力发电机的安装成本。风电场的年均每千瓦的安装成本为8313美分—158—2007年第2期上海电力海上风电场(每千瓦安装成本3000美元÷年均发电量比柴油发电至少减半。3600kW·h。假设100%的投资中算上10%的低内部收益率(IRR),那么电能成本大约是8.3美分/(kW·h),加上运行和维修的花费,大约为2.6美分/(kW·h),那么总的电能成本达到了10.9美分/(kW·h)。这个数字几乎是普通火力发电的2倍,在美国,火力发电的平均成本是5.4美分/(
7、kW·h)。3漂浮式海上风电场的特点新的安装方法可以显著降低海上风电的安装成本。(1)减小式(1)中的分子。弃用迎风风力机,转而使用一种低成本的漂浮式垂直轴风力机。(2)增加式(1)中的分母。把风电场置于强风区域,将大大增加发电量,使得分母增大。图1漂浮式垂直轴风力机概念图通过上述两种方法可以有效地降低海上风电的成本。在世界上许多地区,海上的平均风速超过10m/s,而风力与风速的3次方成正比。因此当风速增加44.3%时,风力将增加3倍以上。以江苏东台为例,黄海岸边的平均风速是7m/s,被认为是建
8、造风电场的好地方,中国国家发改委已经计划在黄海沿岸选址建造一座总装机容量为1250MW的风电场。若风速达到10.1m/s,那么风力将是黄海沿岸的3倍,但是强风往往出现在海上,且是离岸较远的深海。因此必须研发一种用于深海的漂浮式垂直轴图2漂浮式海上风电场概念图风力机,其概念图如图1所示。通过整合已被证明多年的运行表明,漂浮式垂直轴风力机的成的垂直轴技术和海上平台技术(美国休斯敦是海上本低、耐用性好。在20世纪80年代,美国FloW2平台技术的世界中心)完全可以实现这一设想。ind公司与Sandia
