《中英海上风电合作迈向深水区》

  • 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
  • 编译者: guokm
  • 发布时间:2019-10-31
  • 根据国际能源署(IEA)的预测,到2050年,全球海上风电的总装机规模将达到1000吉瓦,投资需求将从目前的200亿元美元增长到1000亿美元,届时亚洲、欧洲将会是海上风电的主要市场。而据全球风能理事会的最新预测,未来两年,中国海上风电市场发展前景乐观,增长动力强劲,在此情况下,海外海上风电企业将更为积极地参与中国海上风电的发展。

    在日前举行的北京国际风能大会暨展览会上,多家参会的英国海上风电企业高管表示,非常希望在海上风电领域和中国企业开展更多的合作,助力中国海上风电持续健康稳定的发展。

    DNV·GL海工技术咨询与保障技术经理谭海阳告诉记者,在中国海上风电发展的起步阶段,中国开发商大多都选择借鉴陆上风电的技术、开发模式,导致项目在设计方面有一定的欠缺。而英国海上风电产业在风机技术、项目规划、风场设计等方面发展较为成熟,双方可以此为契机,加强在海上风电领域的合作。

    伍德麦肯兹上海分公司电力与可再生能源销售总经理弋利军认为,中英两国在海上风电产业具有很强的互补性,在中英两国企业的合作下,未来中国海上风电将在大容量机组、远海深海项目等方面有更长足的发展。

    “大容量机组是助力海上风电降本增效、平价上网的利器,加速开发大容量机组是全球海上风电发展大势所趋。目前,以英国为代表的欧洲海上风电市场主流应用机型容量都在8兆瓦以上,而中国海上风电起步较晚,近来主流应用机型才开始出现6兆瓦以上的机组。因此,在技术层面上,两国还有很多可以交流合作的可能。”谭海阳表示。

    弋利军补充说,中英企业在技术上的合作更多的是一种融合的过程。中国企业可以学习借鉴英国较为成熟的技术,以优化、改进本土产品。

    除了技术外,大规模深海风电场设计也是中英海上风电合作的可行方向之一。“目前,中国海上风电的单个项目规模较小,随着产业的不断发展,将向大规模深海风电场项目建设过渡。而在这方面,英国经验丰富。”弋利军告诉记者。

    “虽然中英两国的地理条件相异,但我们在全球许多地区都实施过较大型的海上风电项目,能够根据特定的海床、风力条件等,为不同地区、不同环境条件的项目制定最优的建设方案。”上海中车艾森迪海洋装备有限公司亚太区域经理JohnMcCann说,“我们能为中国市场提供的不仅仅是成功的经验,还有失败的经验教训,这是一条捷径,让中国企业避免重蹈覆辙。”

    在英国企业积极参与中国海上风电产业发展,助力产业进步的同时,英国市场也为中国海上风电企业敞开了大门。本次参会的多家英国海上风电企业高管认为,从供应链成本、产品价格出发,中国企业具有英国企业不可比拟的优势。

    苏格兰国际发展局高级国际贸易经理陈红指出,英国是一个非常开放、透明、纯商业化的市场,非常欢迎中国设备制造企业的进入。“我们认为,中国企业的加入有助于降低整个产业的供应链成本,使海上风电电价更具竞争力,推动整个产业朝着低成本、高效率的方向进化。”

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    • 大规模发展海上风电已成为我国深入推进能源转型、促进大气污染防治的重要手段之一。我国海上风电起步晚、发展快。据预测,2023年我国海上风电累计装机容量将突破千万千瓦,市场发展前景巨大。如何实现大容量远海风电跨海输送和安全可靠并网,是电力行业亟待解决的关键技术难题。 远海风电:未来海上风电发展的主战场 目前,我国已核准的海上风电项目以离岸距离小于50千米、装机容量20万千瓦~40万千瓦的近海项目为主。然而,受生态环境保护、交通航道占用等因素影响,近海风电项目的站址资源日趋紧张。 相比之下,远海具有更广阔的海域资源和更庞大的风能储量,开发潜力巨大。随着远海风电并网技术的不断进步及高效利用风能资源的需求日益增长,海上风电远海化发展是必然趋势,远海风电将成为未来海上风电发展的主战场。 纵观全球,以英国、德国为代表的欧洲等国正在加快布局,推动远海风电发展。2019年,欧洲在建的海上风电项目平均离岸距离59千米,目前已开标的项目中,最远的离岸距离达220千米。 近年来,我国远海风电发展逐渐起步。统一优化远海海域资源连片开发、探索推动百万千瓦级远海风电集中送出成为引导我国海上风电高质量发展的新路径。未来我国海上风电平均离岸距离预计超过100千米,2050年我国远海风电装机规模有望达到4000万千瓦。 柔性直流:远海风电可靠并网的首选方案 海上风电并网的典型技术路线包括常规交流送出、低频交流送出和柔性直流送出等。 常规交流送出技术具有结构简单、成本较低、无需电能变换、工程经验丰富等特点,现阶段绝大多数近海风电并网均采用该技术路线。但在大容量远海风电并网的应用场景下,交流电缆电容效应会大大增加无功损耗,降低电缆的有效负荷能力。若采用常规交流送出方式则需在海底电缆中途增设中端补偿站,通过并联电抗器补偿。这会带来运维检修困难、整体经济性降低等问题。 低频交流送出技术可通过降低频率提高交流电缆的有效传输功率。但该技术尚面临大容量交流变频器研制、电气设备低频匹配性设计、变压器低频磁饱和抑制等难题,仍处于理论研究阶段。 和常规交流送出、低频交流送出技术相比,柔性直流送出技术采用直流电缆输电,避免了交流电缆充电功率造成的输送距离受限问题,同时具备有效隔离陆上交流电网与海上风电场的相互影响、可为海上风电场提供稳定的并网电压、系统运行方式调控灵活等技术优势,是远海风电可靠并网的首选技术方案,也是目前唯一具有工程实践经验的大规模远海风电并网方案。 和传统的陆上柔性直流输电工程不同,远海风电经柔性直流送出工程海上平台空间布局紧张、环境恶劣、运行维护工况复杂,对柔性直流换流站轻型化、紧凑化及防污性、可靠性的要求更高。柔性直流送出工程成套设计面临站内电气接线、设计布局、设备选型及源网协调控制等一系列问题。 要实现远海风电经柔性直流送出,亟须解决高电压大容量系统与紧凑化轻型化平台之间存在矛盾的问题,攻克直流海缆绝缘水平优化提升、海上风电输出能量波动大且对柔性直流系统故障穿越要求高、主设备适海性技术要求与试验方案无可借鉴经验等技术难关。 长期以来,远海风电经柔性直流送出技术掌握在欧洲少数国家手中,制约了我国远海风电规模化发展进程。只有加强对适海性柔性直流输电技术的研究储备,引领我国远海风电并网关键技术发展,才能确保我国远海风电“送得出、落得稳”。 为了打破远海风电经柔性直流送出技术被国外垄断的局面,2013年开始,国网经济技术研究院有限公司调配技术骨干开展远海风电经柔性直流传输和并网关键技术攻关。依托国家能源特高压直流输电工程成套设计研发(实验)中心优势,国网经研院研发了柔性直流输电设计核心工具软件和涵盖新能源发电的柔性直流实时仿真系统,掌握了一系列具有完全自主知识产权的创新成果。 技术应用:首个远海风电经直流送出工程落地实施 今年2月份,我国首个远海风电经直流送出项目——江苏如东海上风电柔性直流工程正式开工建设。我国海上风电向深水远海迈出坚实一步。 该工程连接江苏如东东部黄沙洋海域3个风电场,总装机规模1100万千瓦,额定直流电压±400千伏,通过约99千米海缆和9千米陆地电缆实现远海风电送出,计划于2021年投运。该工程是目前世界范围内在建的电压等级最高、输送容量最大的远海风电柔性直流工程。 该工程由国网经研院承担成套设计和系统调试工作。面对海上建设风电场、换流平台等对柔性直流输电系统设计带来的新挑战,国网经研院成立项目攻关团队,开展方案论证与仿真计算,提出远海风电经柔性直流送出工程的主接线典型范式、降低设备制造难度和工程投资水平的绝缘配合方案、风电场-柔性直流系统-耗能装置分级协调的故障穿越控制体系及柔性直流系统全套主设备适海性技术规范,形成了满足接线紧凑化、设备轻型化、运维远程/无人化、高可靠性、适应极端恶劣环境等特殊要求的成套设计技术方案。 由该院牵头提出的系统调试方案考虑了海上平台空间承重受限、海洋工程基地试验电源不足、陆上接入变电站工期滞后、系统运行方式复杂多变等多重困难,使系列化创新型技术成果在远海风电经柔性直流送出工程中的落地成为可能,为推动远海风电高效开发与并网消纳提供了可行方案。 工程成套设计在工程安全和可靠设计的前提下聚焦设备国产化,其标准和规范的制订带动了我国直流装备制造业的发展。目前,我国已自主攻克具有国际领先水平的高绝缘大电流直流海缆、大容量直流耗能装置及高电压大电感接地电抗器等核心“卡脖子”设备的设计研发难题,提高了远海风电直流装备制造业的自主创新能力和国际竞争力。 江苏如东远海风电项目全面建成投运后,年上网电量可达33亿千瓦时,相当于135万户家庭一年的用电量。与同等规模的燃煤电厂相比,该项目每年可节约标准煤100万吨,减排二氧化碳约250万吨,节约淡水约980万立方米。 国网经研院将加大远海风电并网关键技术攻关力度,推动海上直流电网等面向未来远海风电发展需求的前沿技术创新,努力建成具有世界先进水平的远海风电柔性直流传输并网技术体系,为远海风电大规模集约开发与并网提供更可靠、更经济的解决方案。
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    • 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
    • 编译者:guokm
    • 发布时间:2019-12-23
    • 都说欧洲海上风电技术有可借鉴之处,但中国企业真正付诸实施去学习和转化的却寥寥无几。不过有一家企业似乎先知先觉,已经开始和最早建设海上风电的国家产生了化学反应:2019年初,启迪控股与英国海上可再生能源孵化器ORE Catapult共同投资200万英镑在山东烟台投资建设了“启迪中英海洋科技研究院”(TORC),最近他们取得了初步合作成果…… 为减少海上风机叶片前缘侵蚀问题并提高叶片动力性能。今年初,英国公司Anakata专门为叶片前缘设计了一款空气动力学“小翼”,它可装在已投运风场叶片前缘和叶尖位置,且该技术已经在欧洲和美国的部分风机上进行了试验安装。据称,该附件在减轻前缘侵蚀的同时可将风机发电量提高10%以上。 该技术是受一级方程式赛车技术启发,最终想应用到倍受前缘侵蚀困扰的海上风场中。不过为了稳妥起见,在最终引入亚洲之前,该技术最近正在甘肃省昌马陆上风电场进行测试。 这次技术成果解决的是本号一直关注的“海上风机叶片前缘侵蚀问题”。这项技术开发得到了启迪中英海洋科技研究院的支持,是中国海上风电机构与英国最有影响力创新组织之间合作的成功典范,并有望为中国庞大的后期风机运维市场带来显著效益提升。 来自TORC的黄宗华博士表示:“叶片是风机吸收风能的关键部件,如果运营期间风场的风速与预测不匹配,或者叶片受到侵蚀,将给风场造成巨大的发电损失,而叶片“小翼”是解决此问题的理想方案。通过在叶片上加装此项新技术附件,发电量可提高10%。” 由于英国海上可再生能源孵化器,英国创新组织(Innovate UK)和启迪中英海洋科技研究院的通力合作,Anakata公司创造的该技术已成功进入中国风电后运维市场。启迪清风副总经理王鹏飞表示:“该示范项目的成功是实现中英海上风电领域长期合作的重要里程碑。” 背景介绍: 2016年,在启迪科服集团推动下,启迪控股与英国纽卡斯尔市政府签署合作协议,双方将共同投入资源建设中英“两国双园”项目,双方计划在英国和中国分别投资打造“启迪-英国纽斯卡尔海洋科技产业园项目”即“两国双园”项目。启迪清洁能源集团携手启迪科技服务集团,经多方沟通,最终选择山东省东营市作为建设中英“两国双园”(中国)海洋科技产业园的载体,承接引进转化英国先进海洋科技技术,并以英国先进海上风电技术为切入点,推动我国海上风电技术升级,降低海上风电投资成本,打造国际一流海上风电产业聚集区。 为推动中国海上风电发展,2017年12月15日,启迪清洁能源集团旗下启迪清风与启迪科服、ORE Catapult三方在英国大使官邸举行合作签约仪式,英国商业、能源与产业战略部(BEIS)国务大臣格雷格·克拉克,东营市委副书记、市长赵豪志出席并见证。2018年3月,三方在山东省烟台高新技术产业园区共同设立了创新孵化中心,旨在通过合作研究、孵化计划以及技术示范项目来支持中英海上风电产业发展。