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海上风电场经验总结:由Scroby Sands、Nysted等建设得到的启发

供稿人:张蓓文;陆斌  供稿时间:2007-6-15   关键字:海上风电场  经验  
海上风电场的风速高于陆地风电场的风速,不占用陆地面积,虽然其电网联接成本相对较高,但是海上风能开发的经济价值和社会价值正得到越来越多的认可,海上风电的发电成本也将越来越低。海上风电场的建设对于风电行业的进一步发展而言很关键,现已进入到一个重要阶段,进一步发展可以吸引大量项目资金的进入,其具有震撼力的阵形正在全球范围地受到沿袭[1]。全球海上风力发电场装机容量增长详见图1。欧洲地区的发展目前领先于全球。丹麦于1991年建成第一个海上风力发电场,此后直到2006年末,全球运行了超过900MW装机容量的海上风电场,几乎所有发电场都在欧洲[2]。
 
图1. 全球海上风力发电场装机容量增长图
来源:“Offshore Wind: At a Crossroads”,上海科技情报研究所整理
 
表1.  17座离岸1km 以外的建成或在建风电场

建设地点
始建年份
风电机组数量(台)
风电机组型号
总装机容量
Vindeby丹麦
1991
11
Bonus 35 / 450kW
4.95MW
Tuna Knob丹麦
1995
10
Vestas V 39 / 500 kW
5MW
1998.3
5
Wind World 37 / 550kW
2.75MW
Utgrunden瑞典
2000
7
Enron Wind 70 / 1500 kW
10.5MW
Blyth英国
2000
2
Vestas V 66 / 2.000MW
4MW
2001.3
20
Bonus 76 / 2.000 MW
40MW
2001.7
5
NEG-Micon 72 / 2.000 MW
10MW
Horns Rev  丹麦
2002.12
80
Vestas V80 / 2.000 MW
160MW
Samso丹麦
2003.2
10
Bonus 82,4 / 2.300MW
23MW
Nysted丹麦
2003.11
72
Bonus 82,4 / 2.300MW
165.6MW
Arklow Bank爱尔兰
2003.12
7
GEW 104 / 3.600MW
25.3MW
2003.12
30
Vestas V 80 / 2.000MW
60MW
2004.10
30
Vestas V 80 / 2.000MW
60MW
2005.8
30
Vestas V 90/3.000MW
90MW
Barrow英国
2006.3
30
Vestas V 90/3.000MW
90MW
Beatrice英国
2006.9
2
Repower5M 126/5.000MW
10MW
OWEZ 荷兰
2006.11
36
Vestas V 90/3.000MW
108MW

来源:“Off- and Nearshore Wind Energy”,上海科技情报研究所整理
 
国外海上风力发电场技术正日趋成熟,建成的风电场容量为2.75至165.6MW(详见表1),规划中的风电场容量为4.5至1000MW[3]。而海上风电场产业还处于“做中学”的阶段[5],对于以往的经验教训进行总结对未来产业发展是很有必要的。笔者之前已依据德国专业研究机构公开的“Case Study:European Offshore Wind Farms-A Survey for the Analysis of the Experiencesand Lessons Learnt by Developers of Offshore Wind Farms”报告[4],调研了目前已建的全球最大装机容量的丹麦Nysted海上风电场和英国第一批海上风电场中的Scroby Sands海上风电场(基本情况见表2)的建设和运行情况,根据以上2座海上风电场的招标、生产商选择、建设和运行经验,可以总结出以下经验教训。
 
表2. 丹麦Nysted海上风电场和英国Scroby Sands海上风电场基本情况表

发电场名称
Nysted
国家/地区
英国Great Yarmouth, Norfolk
丹麦Baltic Sea
持有者
E.ON UK Renewables Offshore Wind Ltd (EROWL)
联合投资(ENERGI E2 50%, DONG 30%,the Swedish Sydkraft 20%);电网归SEAS Transmission A/S公司所有
开发商
E.ON UK Renewables Offshore Wind Ltd (EROWL)
ENERGI E2
面积km2
10
24
水深m
3~12
6~9.5
离岸距离km
2.5
9
总装机容量MW
60
165.6
每年发电量GWh
171
480
涡轮机数量
30
72
涡轮机制造商及额定容量MW
Vestas V80 2
Bonus A/S 2.3
总成本(k欧元)
80,073
250,000
正式投入运行时间
2005.3
2003.12

来源:“Offshore Wind: At a Crossroads”,上海科技情报研究所整理
 
一、采购和合同
由于单个承包商需要承担坏天气引起的安装风险,会要求更高的价格。从经济的角度来看,采用采购设备自己安装方式比较合算。但采用采购设备自己安装还是单个承包商,还取决于开发商自身的能力。采用采购设备自己安装方式的开发商必须能控制和管理整个采购、安装和试运行过程,能处理气候风险,同时承担额外的支出。因此还需要进行更多评估和研究来判断单个承包商和多方供应设备方式哪个在经济上更有利。Nysted和Scroby Sands分别采用以上两种方式。
 
采用采购设备自己安装方式的开发商还必须在设计和安装项目主要部分时拥有足够专家,包括陆上传输网扩容。招标书中的技术要求需要非常详细。开发商应能完全介入承包商的设计和质量控制过程。一种同制造商良好的合作氛围对于项目的成功是非常关键的。
二、安装和连接电网
从以上两个项目中可以看到部件和整个涡轮机的测试是必需的。如果在已安装的海上涡轮机上改进和修理,将比岸上(或者工厂)操作昂贵得多。因此工厂验收试验做的越深入越好,这对于客户和承包商是无价的。涡轮机制造商应当检验叶片和涡轮机的样品,以及全装配全尺寸的低塔架。开发商和供应商在签署合同时就应当协商相关的检验程序。
 
对于电网连接中电缆铺设也应当引起重视。今天海底电缆铺设已经很普遍了,但更多发生在通讯产业。电缆的特点不同于通讯用电缆,大多数情况下它更重、更硬、直径也更大。海上风电场的海底电缆铺设已经证明是费时的,必要的潜水员活动受制于强潮汐流。适合铺设电缆和试运行的气候在制定计划中应给出足够的余量,特别应将夏天的坏天气考虑在内。
 
基座成功安装的主要因素有:运输船可靠定锚,基座可靠绑定,适合天气下的快速安装,适合的安装设备应用,有关波浪、潮汐和水流的危机管理。
 
选择向海上风电场装载部件的码头,以Nysted为例,主要基于以下几个因素:
 
(1)海上和陆上交通都非常便捷(涡轮机、叶片和桩子运输超过700卡车装载量);
 
(2)码头周围有超过60000m2贮存和装配面积;
 
(3)在货船装运期间需要确保货物最佳流通性;
 
(4)没有严重的航运拥堵状况,拥堵易严重影响安装的效率;
 
(5)船一到达就能进行装载。
 
三、运行与维护
在Nysted风电场中已采用了远程控制的高压开关柜,可改善人员健康和安全状况。在恶劣的天气中应更多关注维护机组的小船,尤其在夏天。机组维修应把测试工作(包括测试内容、测试方法等)早做准备,比如采用陆上模型。变电站上的直升机平台和维护人员的备用休息室也是当前风电站设计时需要考虑的选型。
 
 
参考文献
 
[1] 张蓓文. 最具潜力的朝阳产业:风力发电 [J]. 竞争情报 2006,(1): 52-57.
 
[2] WSH Off- and Nearshore Wind Energy [EB/OL].2007,January April.[2007-1-12]. http://home.planet.nl/%7Ewindsh/offshoreplans.html
 
[3] BVG Associates and Douglas Westwood.Offshore Wind: At a Crossroads [EB/OL].2006,April.[2007-1-12]. http://www.bwea.org/pdf/OffshoreWindAtCrossroads.pdf 
 
[4] Deutsche WindGuard GmbH,Deutsche Energie-Agentur GmbH (dena),University of Groningen. Case Study:European Offshore Wind Farms- A Survey for the Analysis of the Experiencesand Lessons Learnt by Developers of Offshore Wind Farms [EB/OL].2006 [2007-1-12]. www.offshore-power.net/Files/Dok/casestudy-europeanoffshorewind farms.pdf.
 
[5] International Energy Agency. Offshore Wind Experiences [EB/OL]. [2007-1-12]. www.iea.org/Textbase/Papers/2005/offshore.pdf 

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