《沙戈荒大基地塔筒所面临的挑战》

  • 来源专题:能源情报网信息监测服务平台
  • 编译者: guokm
  • 发布时间:2023-12-27
  • 风电塔筒是风电机组与基础环之间的连接构件,其主要功能是支撑风力发电机组,并吸收机组产生的震动。它是实现风电机组维护、输变电等功能所必需的重要部件。在陆上风电建设中,风电塔筒的成本约占整个建设成本的10%,而在海上风电建设中,这一比例则降至5%左右。

    技术:目前,对于高度超过100米的高塔,有多种技术解决方案可供选择,包括柔性钢塔(柔塔)、混凝土塔筒(混塔)和桁架结构塔架等。

    (1)柔性钢塔(柔塔):柔性钢塔是由全钢结构构成的塔筒,其自振频率较低,因此又被称为柔塔。

    优势:①塔筒重量明显降低,经济性优势突出。②生产过程与传统刚性塔架相似,供应链完整,制造周期短。③退役后便于拆解。

    劣势:控制技术难度较高,可能与风轮产生共振,从而降低风塔寿命、增加事故风险。

    (2)混凝土塔筒(混塔):混凝土塔筒是由钢材和混凝土共同构成的塔架。

    优势:①具有更高的发电效率,大型化趋势下成本优势明显。②对于高度超过160米的风机,整体结构刚度大,可靠性更强。③适用于复杂风况地区,并具备良好的防水性能。④在钢材等原材料成本上升的情况下,成为提升风机高度与保障机组可靠性运行的另一种选择。

    劣势:建设周期相对较长,安装费用较高。

    (3)桁架结构塔架:桁架塔的基础类似于输电塔架的点式分布。

    优势:大大节省用钢量,经济性和稳定性较好,且可在多种场景下应用。

    劣势:相比传统塔架,需要使用大量螺栓,安装紧固和运维工作量较大,存在一定风险。

    难点:

    (一)严寒酷暑是沙戈荒塔筒最大的挑战。根据行业公开的最新沙戈荒大基地建设区域的气象数据:四大沙漠的温差平均值可达62℃,平均最低气温在-25℃,平均最高气温可达40℃。下表举例库布奇沙漠的气象数据。

    (二)沙丘问题。四大沙漠地区的地势高度均位于1000-1600米之间,其空气密度范围在1.01-1.07千克每立方米。这些地区每年的蒸发量大约是降水量的20-40倍。这些环境特点,如频繁的移动沙丘、沙暴以及土壤腐蚀等,都给风力发电机组的设计带来了新的挑战。在风机基础设计方面,由于地质条件松软,如何确保基础的稳固性成为了沙戈荒地区风力发电机的重大考验。塔筒在此类环境中受到的风沙侵蚀远超一般区域,这不仅影响了其使用寿命,还对风机的性能产生了影响。叶片在风沙的持续作用下,其工作面的表层可能会受到磨损,从而导致叶片的功率系数降低。此外,在风沙肆虐的条件下,风机的密封和散热设计也需要重新考量。合理的密封措施可以有效防止风沙进入风机内部,从而降低其工作性能和寿命的影响。而有效的散热设计则可以确保风机在高温环境下仍能稳定运行。

    综上所述,沙漠地区的风力发电技术需要充分考虑其特殊的环境条件,从基础设计、塔筒和叶片的耐久性到整个风机的散热和密封性能,都需要进行针对性的研究和优化。

    (三)风场运维问题。当前,我国三北地区的风电场虽然距离人居区域不远,但从规划的450GW沙戈荒新能源电站区域来看,它们都位于真正的沙漠边缘地带,地域辽阔,人烟稀少。这种环境给风电场的建设和运维带来了巨大的挑战。首先,我们需要提高风机的可靠性,降低故障率,以确保风电场的稳定运行。这需要从风机的设计、制造到安装、运维等各个环节进行全面的优化和改进。其次,风电场的运维区域需要进行科学规划,以确保覆盖所有风机并提高运维效率。这需要考虑风电场的地形、气候等因素,以及运维人员的作业能力和覆盖范围。此外,升压站和运维基地的选址也需要充分考虑人员的生活和管控距离。这些设施不仅需要满足风电场运行的需求,还需要为运维人员提供必要的生活和工作环境,以确保他们能够高效地进行工作。

    综上所述,在沙戈荒地区建设大规模新能源电站需要综合考虑各种因素,从风机的可靠性到运维区域的规划,再到升压站和运维基地的选址,都需要进行深入的研究和规划。只有这样,我们才能确保风电场在沙戈荒地区的稳定运行,为我国的可再生能源发展做出贡献。

    构思:

    (一)解决供应问题。尝试在风电场边缘生产,类似海上风电场的港口,方便运输,对于100+m的叶片以及塔筒等部件,从工厂直接运输到风电场的机位,无需专场,降低运费。

    (二)增大风机容量,降低塔筒建设数量。沙戈荒风电场规模都较大,空间距离跨度较大,在风沙肆虐的环境中去进行检修,无异于在海上风浪中飘行,这时候风机越少越好。

  • 原文来源:https://wind.in-en.com/html/wind-2440360.shtml
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  • 《世界风能研究面临三大挑战》

    • 来源专题:中国科学院文献情报先进能源知识资源中心 |领域情报网
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    • 在美国能源部国家可再生能源实验室(NREL)的领导下,一个国际科学家团队确定了全球风能研究面临的三个最大挑战。这项研究已发表在最近的《科学》杂志上。   近几十年来,风能已成为全球能源不可或缺的一部分。但要释放风能的全部潜力并满足全球对清洁能源的需求,还需要更多的创新。来自美国、德国、丹麦、芬兰、瑞典、西班牙和挪威的风能专家在《科学》杂志上提出了当今风能研究面临的三个最大挑战。   第一个挑战是要更好地了解大气中的风力环境。为了获得更多的风能,风力涡轮机建造得越来越高,彼此之间的距离也越来越远。因此,研发人员必须了解在这些海拔高度下的风力环境。之前,运营商使用简化的物理模型和简单的观测技术,可以在一般地形中安装风机,但是对于复杂地形的大气风力知识知之甚少。如果能更精确地计算出复杂地形下的风力条件,则可以进一步在经济和技术上优化风机,将其安装在适当的位置。   第二个挑战是解决巨型风机的旋转机械结构和系统动力学问题。风力涡轮机是目前世界上最大的柔性旋转机械,其叶片长度超过80米,塔架高度超过100米。相比之下风机的转子所扫过的区域相当于空客A380-800的三架最大客机的机头。随着风力涡轮机变得越来越大,需要新的材料和制造工艺来解决可伸缩性、运输和回收问题。上一代风力涡轮机设计时使用的许多简化条件不再有效。风能研究人员不仅必须了解大气,还需要评估如何同时确保结构安全和高效发电。   第三个挑战是设计和操作风力涡轮机,使其能够支持并提高电网的可靠性和弹性。来自风能和太阳能的更高馈入将极大地改变未来的电网。创新的控制概念可以利用风力涡轮机的特性来优化能源产量,同时支持电网稳定性。通过评估传感器的测量结果,可以提高风能产量,降低成本,并使操作适应电网要求。为了实现未来的愿景,需要进行广泛的研究,重点是模拟大气流动,各个涡轮机动力学以及与高级电力系统结合的系统控制。