2024年海上风力发电关键技术的探索与实践报告_41页_3mb

海上风力发电关键技术的探索与实践总结

核心内容

海上风力发电作为我国新型能源体系的重要组成部分，对保障能源安全具有重要意义。随着“十四五”规划的推进，我国海上风电发展呈现大型化、深远海、规模化和多能多用途融合四大趋势。至2023年，我国海上风电累计装机容量达38GW，连续三年位居全球第一，新增装机全球占比达58.3%。未来预计到2060年，风电和光伏的装机总量将超过60亿千瓦，占所有电源总装机量的83%。海上风电资源开发潜力巨大，仅离岸200公里内的风能开发量约为2250GW，目前仅开发了1.68%。

主要观点

• 大型化趋势：海上风电机组容量持续提升，2023年最大单机容量已达16MW，2024年更推出26MW级机组，大型化显著降低发电成本。
• 深远海发展：政策鼓励深远海风电开发，我国已核准的海上风电项目主要集中在近海，但未来将向更远的海域推进。例如，汕头中澎二海上风电场离岸距离达95公里，全球离岸最远在建项目为英国的Dogger Bank，距离130公里。
• 规模化发展：风电场规模不断增大，阳江青洲海上风电项目在建容量达300万千瓦，广西北部湾海上风电基地总规划容量达2350万千瓦。
• 多能融合利用：海上风电正与太阳能、氢能、波浪能等多能源融合，如浙江舟山六横清洁能源岛、山东风光储一体化智慧能源岛等项目，实现能源综合利用与多用途开发。

关键信息

大功率海上风力发电装备技术

• VX型一基双机漂浮式风电机组：提出新型叶片设计方法、双叶轮高效气动设计、分布式模块化组装技术，以及重心可调的轻量化支撑结构，有效降低制造成本和提高系统可靠性。
• 新型多绕组模块化永磁风力发电机组：发明一种n*3相多绕组模块化永磁发电机变流拓扑，提出分数槽集中绕组+隔离磁障的定子结构，极大削弱模块间互感，突破模块间深度解耦关键技术。
• 高可靠性高效高承载传动链系统设计：涵盖大功率永磁发电机、高容错变流器、传动链智能反演优化设计等技术，提升深远海风机传动链的高效运行和可靠性。

大规模集群优化控制与智能管理技术

• 集群协调动态控制：提出适用于秒级快速优化控制的风电机组群尾流时空工程模型和多机协调快速动态优化控制方法，提升发电效率并降低疲劳载荷。
• 服役全周期质量评估与调控：建立基于质量指数的机群全局服役效能评估技术，研制大规模风电机组群服役质量数字孪生系统，实现全周期服役质量动态调控。
• 人工智能在运维中的应用：开发基于随机森林、生成对抗网络和卷积神经网络的数据分类、故障诊断与数据融合方法，实现深远海风电机组状态评估与故障预警。

风能高效利用理论与多能源高度融合

• 多能融合能源岛：如浙江舟山六横清洁能源岛、山东风光储一体化智慧能源岛，推动海上风能与其他能源形式的协同开发。
• 海上风电-油气、矿业融合：构建海上浮式系统，实现新能源与油气、矿业开发的耦合利用，提高能源利用效率。
• 新型阵列式高空风力发电系统：开发系留飞艇式高空风力发电系统，与海上漂浮式风电、洋流能、波浪能等协同，实现深远海立体式多种能源综合发电。

技术挑战

• 大功率海上风电机组设计：需提升设计理论与技术水平，解决恶劣环境下的高性能超大容量机组设计问题。
• 大规模集群控制：需突破集群拓扑优化、全寿命周期健康预测与管理方法等技术瓶颈。
• 多能融合系统：需开展以风能为主体，融合太阳能、氢能、波浪能等的高效利用前瞻性理论与技术研究。

未来展望

通过上述关键技术的探索与实践，海上风电将实现高质量发展，提升能源利用效率，推动多能源系统集成与海洋资源综合开发，为实现2060年风光装机比例超过80%的目标奠定基础。同时，需思考低风速区的优化利用、海上漂浮式机组的规模化发展、西部大基地建设的并网性能提升等关键问题。

专家介绍

黄守道教授，湖南大学二级教授，海上风力发电装备与风能高效利用全国重点实验室主任，国家重点研发计划项目首席科学家，长期从事大型风力发电技术、特种永磁电机及其控制等研究，主持多项国家科研项目，授权国家发明专利100项，发表论文100多篇，获国家科技进步一、二等奖4项，国家技术发明二等奖1项。