中国华能：大规模海上风电协同开发技术进展_25页_4mb

大规模海上风电协同开发技术进展总结

核心内容

大规模海上风电开发是实现“双碳”目标的重要支撑，具有广阔的发展前景。然而，其开发面临诸多挑战，包括环境要素多、耦合作用强、强扰动影响大、经济性与安全性难以兼顾等。同时，海上风电技术进步为风电领域带来了超95%的新技术，推动了行业的快速发展。

主要观点

1. 开发挑战

   • 环境复杂性：海上风电开发涉及风、浪、流、土等多维环境要素，且环境扰动频繁，如台风、地震、冰期等，增加了开发难度。
   • 成本与风险：海上风电场站建设与运行成本高，且由于缺乏精细化数据和系统性评估，存在倒塔、冲刷、锚害、脱网等事故风险。
   • 数据不足：海上风电资源数据维度少、精度低、覆盖范围小、时间跨度短，难以满足场站机组精准设计与机群协同优化的需求。

2. 技术进展

   • 资源评估系统：开发了覆盖我国全海域200海里范围、水下百米级深度至大气千米级高度的高精度资源综合解析与评估系统，资源评估分辨率提升至200米级，计算精度相比常规商业数据提升5倍以上。
   • 协同规划设计：提出并实施了涵盖风-浪-流-土的空海地多场多尺度资源综合信息系统，实现了低时空分辨率常规资料与高时空分辨率非常规资料的协同融合。
   • 机组选型与排布：开发了复杂环境海上机组-场群微观选址系统与全寿命周期要素机组定制化选型设计技术，提升了风场发电量与机组可靠性。
   • 一体化设计系统：建立了机组载荷刚柔流固耦合一体化设计系统，提出了湍流强度修正方法与复杂海况建模方法，实现了风-机-场-网全景仿真与多激励多目标整体优化。
   • 电气设计与并网安全：研发了海上风场发电-集电-输电一体化电气设计系统与源网多维多时空运行安全分析与评估系统，提升了系统安全性和经济性。
   • 发电预测与消纳评估：开发了国内首套海上风场精准发电预测与源网消纳评估系统，实现了多时空风资源及其演化过程的精准预测，有效降低了弃风率。

关键信息

一、大规模海上风电开发面临挑战

• 可开发规模：我国海上风电可开发规模超过20亿千瓦。
• 环境因素：海上风电场站开发面临环境要素多、耦合作用强、强扰动影响大等问题。
• 成本与风险：海上风电场站与系统构建需兼顾经济性与安全性，且事故频发，损失巨大。
• 数据对比：
  • 陆上：观测站点平均7个/1000km²，气象站点70个/万km²。
  • 海上：观测站点不足0.1个/1000km²，气象水文站点仅1个/万km²，覆盖不足100km的仅1.5%。
  • 测风塔造价：海上测风塔造价是陆上的50倍以上。

二、大规模海上风电协同规划设计

• 资源评估系统：开发了广域多维多元资源评估模型，形成了经济、安全、环保3个维度12个指标的评价体系，实现了项目开发总体风险评估。
• 选址优化：提出考虑海床地形与冲刷的场群及机组排布嵌套优化方法，提升了风场发电量与机组可靠性。
• 设计系统：研发了机组载荷刚柔流固耦合一体化设计系统与海上风场发电-集电-输电一体化电气设计系统，实现了多激励多目标整体优化。
• 仿真系统：开发了风-机-场-网全景仿真系统，支持5-10个千万千瓦级能源基地的并行仿真计算。
• 预测与评估：创建了多机组尾流-湍流综合影响的海上风场发电预测模型，实现了精准发电预测与源网消纳评估，弃风率较原有规划降低50%以上。

技术突破

• 高精度资源图谱：实现了历史30年演化分析与实时数据分析，提升了资源评估的准确性。
• 多体动力学建模：建立了多体动力学一体化仿真模型，提高了系统仿真效率。
• 全向拓扑搜索理论：提出了基于地理信息图形的任意闭面网格化的全向拓扑最佳汇集站址及最优输送路径的求解算法，平均降低海缆投资5%。
• 协同设计平台：构建了多源异构数据融合的国产化平台架构，实现了海上风电全过程协同设计。

结论

大规模海上风电协同开发技术进展显著，通过综合资源评估、协同规划设计、高精度仿真、发电预测与源网消纳评估等关键技术的突破，有效提升了海上风电场站的经济性、安全性与可靠性，为我国实现“双碳”目标提供了坚实的技术支撑。