风电开发

中国可再生能源学会风能专业委员会（CWEA）发布的数据显示，截至“十三五”末（2020年），我国海上风电累计装机容量为1087万千瓦。其中，江苏省海上风电累计装机容量为681.6万千瓦，占全部海上风电累计装机容量的62.7%；广东省位于第二，累计装机容量占比为12.5%；福建的累计装机容量占比为9.4%；辽宁、上海、浙江、河北、天津、山东的累计装机容量占比合计约为15.5%。

6月13日，四川省发改委、能源局发布《四川省“十四五”光伏、风电资源开发若干指导意见》的通知，通知指出，到2025年底建成光伏、风电装机容量各1000万千瓦以上。

架空线柔性直流输电是直流输电技术重要发展方向之一，有效应对直流线路故障是架空柔直的主要挑战。 VSC plusa表明：不同类型的换流器可以串联，串联的各子换流器可以承担不同的功能，按照该思路可以构造出多种新型拓扑。 主动换流器可以极大地降低对直流断路器的需求，实现直流电网故障无闭锁穿越：半桥+全桥型主动换流器拓扑简洁优美，应是未来直流电网的首选换流器。 直流自耦变压器DC Auto功能全面，经济性突出，可以方便地构建出分层、分级的立体式直流电网。 换流器之于直流电网，就如同发电机之于交流电网，充分利用换流器的可控性，是提高直流电网运行特性的关键为了实现直流电网中永久故障的隔离，直流断路器是必须的设备，但通过对换流器的有效控制，可以大大降低对直流断路器的快速性和开断容量的要求各种不同组网方式下，如何快速准确地检测和定位故障，是柔直电网安全运行需要解决的关键问题。 由于直流电网惯性小，响应速度快；同时，交流电力系统应该能够承受N-1乃至N-2故障，因此，通过合适的控制，直流电网的故障应该不会对所连交流电网带来严重的稳定性问题对交流电网来说，整流换流器相当于负荷，逆变换流器相当于发电机，通过适当控制，完全可以实现“完全可控负荷”和“虚拟同步发电机”等功能是将换流器控制成“同步机”，还是充分利用其快速可控性，纳入三道防线，设计新的交直流混合控制，是值得研究的重要课题。 柔直技术的兴起是由于海上风电开发的需要，柔直相比于交流并网和常规直流并网都具有明显的优势随着电力电子器件技术的发展，采用穿越型控制技术的点对点架空柔直（混合直流）具有取代常规直流的潜力交流电网已经发展了100多年仍然有不少未能解决的问题，直流电网的发展还需大量的理论研究和工程实践。

海上风电是实现我国能源低碳转型的重要战略支撑。我国沿海分布多个千万千瓦级海上风电基地，与陆上相比，海上风电并网方式多、临近负荷中心，源网紧密耦合，协同规划及调控要求高。友好并网和可靠消纳是实现海上风电开发的关键。成果应用于江苏、福建、广东等海上风电基地，近三年累计消纳海上风电580亿千瓦时，减少碳排放5783万吨。研发的海上风电系列变流装备占我国已投运海上风电85%以上，直接经济效益16亿元。解决了我国千万千瓦级海上风电友好并网、可靠消纳及关键装备国产化难题，有力推动能源转型绿色低碳发展。

根据设计经验，结合现行风机发展和风电场投资水平，标准空气密度下，轮毂高度处年平均风速5.5/s以上时，风电场发电小时数基本能达到2000h甚至更高：当年平均风速低于5.5/s时，风电场开发风险大幅度增高：当年平均风速低于4.8m/s时，投资收益较难保证。

北极地区拥有丰富的风能、油气和航道资源。随着全球气候变暖，北极地区战略地位凸显，世界主要国家在北极地区的争夺和竞争日益激烈。在应对气候变化、积极开发可再生能源成为全球能源低碳发展共识的大背景下，研究北极风能资源评估、风电场选址、风电机组选型、风电场建设施工与装备、风电站设计及技术经济性分析，以及利用北极独特地理位置优势进行北半球联网、北极风电向东北亚地区输电、构建全球能源互联网等内容，对保障人类社会可持续发展、实现能源低碳发展、保障我国能源与地缘政治安全具有重大意义，可为国家电网公司推进全球能源互联网建设、推进国际化发展、科学制定公司发展战略规划等重大决策提供参考。 研究报告评估了全球风能、太阳能、地热能等可再生能源资源储量、主要地区资源储量、资源条件及分布情况；结合北极地区自然条件与气象数据，对北极地区总体及七海二岛地区的风资源进行了宏观评估，测算了北极地区风电可开发装机容量，提出了风电场宏观选址方法，并对重点地区进行了宏观选址分析；结合北极地区自然环境、经济社会发展、航海航运等，分析了北极地区的战略地位，以及我国参与北极科考、国际合作开发的战略与策略；梳理了远东西伯利亚地区煤炭、油气、水能资源储量与开发利用现状，分析了中俄能源开发合作前景，研究了俄罗斯电力建设相关法律制度；研究了北极地区七海二岛的平均风速、风功率密度等风能资源特性，对北极地区风电场规划与风机选型进行了分析，包括风机选型、机组适应性设计、机组类型及特性曲线、经济性评估等内容；研究了北极地区风电场建设施工与装备需求，进行了北极地区风电站、电气系统设计方案初步研究及投资估算与发电效益分析；研究了北极地区风电外送目标市场，以及向东北亚地区、欧洲地区、北美洲地区输电规划等内容；在考虑相关地区的负荷发展、电源建设与电网结构的基础上，研究了北极风电向中国输电方案，分析了送端电网和孤岛送电两种方式的可行性，探讨了采用柔性直流技术送风电的可行性；研究了北极风电与远东西伯利亚地区的火电、水电联合开发方案，包括火电与水电建设厂址、电站配套送电线路路径规划、电源电网建设的生态环境影响、风电消纳与受端电网调峰需求、风电与火电和水电联合输送的调峰特性等内容；研究了高寒、高湿、强风地区的输变电技术需求；测算了远东西伯利亚地区电源建设经济性，研究了北极风电送出技术经济性；开展了以北极为核心、基于全球可再生能源开发的全球能源互联网研究，给出了 2030 年、2050 年和 2100 年的全球联网情景方案，测算了跨时区峰谷调剂等联网效益。

发展绿色能源是国家战略，风电是最重要的可再生能源，海上风电是风电技术的制高点。2016 年 3 月，三峡集团与福建省政府签署了战略合作协议，就海上风电开发达成一系列共识。三峡集团将福建作为重点区域，通过海上风电的集中连片规模开发，积极实施海上风电引领者战略，带动我国海上风电装备制造水平和创新能力，实现我国海上风电主要装备的国产化、大型化和福建造。肩负集团公司战略，福建能投公司积极推进与福建省政府战略合作协议的落实，以兴化湾样机试验风场海上风电开发为蓝本，推进福建海上风电集中连片规模开发，打造海上风电全产业链。率先在福清兴化湾建设首个 5MW 及以上海上风电样机试验风场（合计 7.74 万千瓦），引入金风、东气、上海电气、湘电、GE、海装、太重、明阳等 8 家国内外厂商的 14 台风机同台竞技，机组容量全部为 5MW 及以上，最大单机容量6.7MW，创造了我国海上风电机型最多、机型最新、单机容量最大的纪录。 在建设过程中，建设团队攻克了场区地质条件十分复杂，风化区可能存在球状风化岩；风机的多样性导致的载荷差异大，施工窗口期短以及区域台风频发对风电机组和基础设计影响等一系列技术难题，解决了浅覆盖层海上风电机组基础设计施工、大容量海上风电机组海上环境的适应性、大容量海上风电机组安装等关键技术问题，样机试验风场 14 台样机均经受住了2018 年 7 月“玛莉亚”台风（瞬时风速达 37.5 米/秒）考验，风机利用率达到 98%，截止 2019 年3 月，累计发电 2.7415 亿千瓦时等建设成果。兴化湾样机试验风场的建成，极大的提高了海上风电在复杂环境中集中连片规模开发的信心，相关科研成果和工程实践在兴化湾二期等项目中得到应用，创造了巨大的社会效益和经济效益。被业界称之为“兴化湾模式”。 创新成果大规模应用于兴化湾二期海上风电工程，目前在建 280MW，涉及基础 45 座；技术成果的科学性、可靠性得到了全面验证。创新成果已获得授权发明专利 10 项，实用新型专18 项；主编专著 2 部；主编海上风电领域国家标准 2 部、行业标准 1 部和企业标准 4 部。项目实现海上风电产业化和规模化发展，技术成果后续还将推广应用于漳浦 D 区（402MW）海上风电项目，应用前景广阔。成果目前取得了国家工业和信息化部科学技术成果登记证书（登记号：3392019Y0088），入选国家工业和信息化部科学技术成果库。

近日，河南豫能新能源有限公司已与河南商丘宁陵县签订风电项目开发合作框架协议，未来将在宁陵县8个乡镇开发风能资源；同时，与商丘夏邑县、三门峡渑池县基本达成风电开发合作意向。

项目研究成果属于海上风电试验检测领域。海上风电是我国风电发展的重要方向之一，2018年底，我国海上风电装机已达450万千瓦，到2020年我国海上风电建设规模将超过1000万千瓦。试验检测是保障风电并网安全和促进产品质量提升的有效手段。我国陆上风电发展初期，大量风电机组未经检测并网运行，大面积脱网与产品质量事故频发，给行业发展产生了巨大的改造成本及负面影响。海上风电机组结构设计与控制更加复杂，国内主流制造商的海上机组均已下线，海上风电亟需试验检测进行设计校核与性能验证。 项目获授权发明专利10项、实用新型专利4项，软件著作权2项，制定国家标准4项，发表论文28篇。项日研发的海上风电试验检测系统与装备，已为我国主流制造商的10余个海上机型提供了试验研发与检测服务。近3年累计实现销售收入7596万元。研究成果为海上风电制造商提供了试验、研发与检测平台，保障了海上风电并网安全与稳定运行，对我国海上风电开发战略的顺利实施具有重要意义。

我国东南沿海是海上风能资源最丰富的地区，特别是福建海域，年平均风速能达到 9m/s以上，然而该海域地质条件复杂，覆盖层浅，甚至岩基裸露，岩石抗压强度高达130MPa，基础施工难度极大，欧洲及我国先前江苏海域的开发经验和相关装备都无法适用，导致该海域海上风电开发进展缓慢。为推进我国海上风电事业的发展，龙源电力敢为天下先，以我国第一个复杂岩基地质海上风电项目—福建南日 400MW 海上风电项目为依托，开展复杂地质海上风电嵌岩单桩基础应用研究，攻克了大直径无过渡段嵌岩单桩基础设计施工技术、专用施工装备等一系列难题，掌握了复杂地质海域的海上风电单桩基础应用的成套技术。 该项目解决了我国复杂地质海域海上风电大直径单桩基础应用的技术难题，填补了海上风电开发的技术空白。项目的先进性与创新性主要体现在以下三方面： 设计研发方面：研究大直径无过渡段单桩基础桩土（岩）相互作用机理、嵌岩深度确定方法，针对不同地质类型提出分类设计的理念，发明了无过渡段嵌岩单桩、整体式附属结构等型式，提高安装效率。 施工技术方面：根据复杂岩基海域地质条件，研发了无过渡段嵌岩单桩成套施工技术，掌握了“打钻式(3D)”、“打扩式(3D-E)”和“植入式”施工工艺，大幅提高施工效率，降低投资成本。 装备研制方面：研制了适用于复杂地质海域海上风电施工的成套装备，其中研发的大型水下嵌岩钻机钻进性能超过国际同类钻机，自升式作业平台起重能力达世界第一，2500kJ 双作用液压打桩锤为目前国内自主研发制造的最大液压打桩锤。 该项目研发的海上风电单桩基础嵌岩成套技术，首次将单桩基础应用范围扩展到高抗压强度（130Mpa）岩基地质海域。该项目研发的单桩基础应用技术相较其他基础型式工效提高 3~5 倍，降本达 15%~30%。采用无过渡段单桩技术，垂直度≤2‰，安装效率平均 15 天/台，优于国外水平（20 天/台）。项目先后完成了世界首根超大直径无过渡段嵌岩单桩基础、首根扩孔式超大直径无过渡段嵌岩单桩基础以及世界首创的“植入式”超大直径嵌岩单桩基础。成果已在福建南日 400MW 海上风电项目中批量推广应用，解决了我国近海近 2 亿 kW 岩基地质海上风电开发的难题，并且实现了大型装备的国产化，为我国海上风电事业的发展做出了重大贡献。