海上风电机组设计技术分析研究

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1、海上风电机组设计技术分析研究主讲人：田德华北电力大学2010年4月8日海上风电发展现状海上风电机组设计理念海上风电机组设计技术发展方向123概要海上风电发展现状世界海上风电装机容量在2009年海上风电装机容量继续增长。到09年底共有12个国家建立了海上风电厂，其中10个在欧洲，中国和日本有小规模的安装。海上风电总的装机容量占到全球风电总装机量的1.2%。2009年海上风电新增装机容量454MW，主要来自于丹麦、英国、德国、瑞典及中国。海上风电装机容量的增长速度为30%，略低于陆上风场装机的增长速度。HornsRevII总装机容量为209MW

2、，是迄今为止最大的海上风场，已经开始在丹麦北部海岸建设。在欧洲之外，中国已经开始在上海附近安装第一个主要的风场，容量21MW。2009世界风能报告欧洲海上风电占比及预测2008年欧洲海上风电占比2015年欧洲海上风电占比预测欧洲海上风电装机容量欧洲海上风电主要发展阶段欧洲是全球海上风电发展最快的地区。瑞典于1990年在Nogersund安装了世界上第一台海上风电机组,之后,无论是海上风电场的建设还是风电机组的研发,欧洲都走在世界的前列。欧洲海上风电的发展历史大致可以分为三个阶段（1）1980—1990年的研究阶段。欧洲各国开始大范围的海上风能

3、资源评估并开展相关的技术研究。（2）1991—2000年的试验阶段。该阶段主要进行小规模的项目研究试验和示范工作,研制500～600kW级的风电机组。（3）2001年以后的商业化阶段。开始兴建大中型海上风电场,并研发利用兆瓦级的风电机组。欧洲各国海上风电发展历程我国海上风电发展现状上海东海大桥风电场我国发展海上风电的利与弊优势（1）我国近海风能资源丰富。（2）发展起点高、速度快。（3）国家政策的大力扶持。困难（1）近海风能资源调查不够。（2）产业和技术的发展相对落后。（3）自主研发力量严重不足。（4）电网制约。海上风电机组设计理念风电机组方式

4、选择额定功率风轮直径叶片数目风轮转速轮毂高度基础驱动结构1.直驱或齿轮箱2.增速比3.发电机型号和数目4.驱动链支撑的机械设计功率链配置支撑结构选择重力式单基桩多桩式随着水深的增加浮式导管架式吸力式支撑结构选择：水深的影响重力式吸筒式单桩式侧面载荷传递三脚架夹克式可能的基础强化方案简单的三或四桩式复杂的三桩式子结构桩柱基础平台水平面桩（单桩）海地面海床支撑结构：子系统和说明支撑结构：重力式基础(1)基于重力传递载荷(2)混凝土将重力传递到安装位置支撑结构：单桩基础方式（1）侧面载荷传递到土壤上（2）钻孔打桩（3）当今最流行的方式支撑结构：托架

5、支撑方式支撑结构：可能的软基础方案由两个锚拉住由吸桩锚拉紧靠基础重力固定设计载荷计算风电机组部件设计取决于疲劳和极端载荷-疲劳破坏源自不间断的外界风载荷和波浪载荷-极端载荷来自不常见的极端工况：阵风，巨型波浪，风电机组故障GH与国际设计标准紧密结合定义设计载荷工况1、DNV-OS-J1012、IEC61400-3（PART3:Designrequirementsforoffshorewindturbines）海上风电载荷计算与陆上风电机组相同，海上风力发电机组也是正常载荷工况、极端载荷工况、特殊载荷工况及运输载荷工况，所不同之处在于，在陆

6、地风机载荷工况基础上多加了海上特定的海波工况载荷[5]。3.1正常载荷工况如表一定义如下：N1.0与陆上风机具有相同的定义，载荷等于海波载荷与风载荷之和；N1.1、N1.2、N1.3、N1.4、N1.5为运行工况发生变化时，加上海波载荷突减的情况。N2.0正常启动时的风载荷加海波载荷的情况，N2.1阵风启动时，海波载荷突减的情况。特别是规定了机组正常运行温度发生变化时的海波载荷突减的工况。海上风电机组载荷计算载荷工况海上风机载荷工况陆地风机载荷工况海上风机载荷工况的定义正常载荷工况N1.0DLC1.1~1.2+基本发电状态下，以风速为Vref

7、和Vout时，及风速为Vin和Vout之间时，在正常的外部条件下在结构上所产生的最高载荷。假设海风的速度等于平均风速。N1.1DLC1.1~1.2+正常运行阵风时，突减的海波载荷。N1.2DLC1.1~1.2+风向正常变化时，突减的海波载荷。N1.3DLC1.1~1.2+并网失败及/或载荷的损耗下，突减的海波载荷。N1.4DLC1.1~1.2+温度变化效应下，突减的海波载荷。N1.5DLC1.1~1.2+出现1年的极端海波时，突减的海波载荷。N2.0DLC3.1风速为Vin，Vref和Vo时，在正常的外部条件下，基本启动过程状态下的载荷。假设

8、海风的速度等于平均风速。N2.1DLC3.1+正常运行阵风的启动时，突减的海波载荷。N3.0DLC4.1+风速为vI，vR和vO时，在正常的外部情况之下，基本停机工