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海上风力发电前景

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海上风力发电前景

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20世纪70年代石油危机以后，开始了风能利用的新时代 。在一些地理位置不错的陆地上，风能的开发具有一定的经济价值，而人们在另外一个前沿，发现开发风力发电的经济性也相当不错：海上风能 。世界上很多国家开始制定计划，考虑开发海上风电场 。海上风电场的风速高于陆地风电场的风速，但海上风电场与电网联接的成本比陆地风电场要高 。综合上述两个因素，海上风电场的成本和陆地风电场基本相同 。
兆瓦级的风机，廉价的基础以及关于海上风条件的新知识更加提高了海上风电的经济性 。研究人员和开发者们将向传统的发电技术进行挑战，海上风力发电迅速发展成为其它发电技术的竞争对手 。
海上风电场的开发主要集中在欧洲和美国 。大致可分为五个不同时期：
欧洲对国家级海上风电场的资源和技术进行研究(1977～1988年)；
·欧洲级海上风电场研究，并开始实施第一批示范计划(1990～1998年)；
·中型海上风电场(1991～1998年)；
·大型海上风电场并开发大型风力机(1999～2005年)；
·大型风力机海上风电场(2005年以后) 。
一、丹麦的风力发电
1.丹麦的第21条计划
丹麦在风力发电领域占有***地位目前丹麦有世界上最大的海上风电场 。根据丹麦政府能源计划法案中的第21条，2030年以前海上风电装机将达到4吉瓦，加上陆地上的1.5吉瓦，丹麦风力发电量将占全国总发电量的50%，与此对照一下，1998年年中，丹麦风电总装机容量仅为1.1吉瓦 。
丹麦电力系统***计5.5吉瓦的风电装机意味着风力发电将会阶段性过量地满足丹麦电力系统的需求 。因而，在未来，丹麦的海上风力发电场将会成为以水电为基础的斯堪的纳维亚电力系统中不可分割的一部分 。
丹麦计划法案对4吉瓦的海上风电投资共计480亿克郎(约合70亿美元)，这将成为世界上风电中最大的投资 。
2.丹麦海上风力发电时间表
丹麦电力公司已经申请了750兆瓦海上风场的建设计划，根据时间表，在2027年之前，丹麦风电装机将达4吉瓦，第一阶段在2000年建一个比哥本哈根海岸风电场稍小一点的40兆瓦海上风电场 。
丹麦电力公司给环境和能源大臣的报告确定了丹麦海域四个适合建风电场的区域，其蕴藏量达8吉瓦 。选择这些区域的理念很简单：出于对环境的考虑，委员会只对那些为数不多且偏远的水深在5～11米之间区域的容量关心 。所选的这些地区必须在国家海洋公园、海运路线、微波通道、军事区域等之外，距离海岸线7 到40千米，使岸上的视觉影响降到最低 。最近，对风机基础深入的研究表明，在15米水深处安装风机比较经济，这意味着丹麦海域选择的风电场潜藏容量达16 吉瓦 。
二、风机的海上基础
海上风能面临的问题主要是削减投资：海底电缆的使用和风机基础的构建使海上风能开发投资巨大 。然而，风机基础技术，以及兆瓦级风机的新研究至少使水深在15米(50英尺)的浅水风场和陆地风场可以一争高下 。总的说来，海上风机比邻近陆地风场风机的输出要高出50%，所以，海上风机更具吸引力 。
1.较混凝土便宜的钢材
丹麦的两个电力集团公司和三个工程公司于1996～1997年间首先开始对海上风机基础的设计和投资进行了研究，在报告中提出，对于较大海上风电场的风机基础，钢结构比混凝土结构更加适合 。所有新技术的应用似乎至少在水深15米或更深的深度下才会带来经济效益 。无论如何，在较深的水中建风场其边际成本要比先前预算的要少一点 。
对于1.5兆瓦的风机，其风机基础和并网投资仅比丹麦Vindeby和Tunoe Knob海上风电场450～500千瓦风机相应的投资高出10%到20%，这就是以上所述的经济概念 。
2.设计寿命
与大多数人们的认识相反，钢结构腐蚀并不是主要关注的问题 。海上石油钻塔的经验表明阴极防腐措施可以有效防止钢结构的腐蚀 。海上风机表面保护(涂颜料)一般都采取较陆地风机防腐保护级别高的防护措施 。石油钻塔的基础一般能够维持50年，也就是其钢结构基础设计的寿命 。
3.参考风机
在防腐研究中，采用了一台现代的1.5兆瓦三叶片上风向风机，其轮毂高度大约为55米(180英尺)，转子直径为64米(210英尺) 。
这台风机的轮毂高度相比陆地风机要偏低一些 。在德国北部，一台典型的1.5兆瓦风机轮毂高度大约为60～80米(200到260英尺) 。
由于水面十分光滑，海水表面粗糙度低，海平面摩擦力小，因而风切变(即风速随高度的变化)小，不需要很高的塔架，可降低风电机组成本 。另外海上风的湍流强度低，海面与其上面的空气温度差比陆地表面与其上面的空气温差小，又没有复杂地形对气流的影响，作用在风电机组上的疲劳载荷减少，可延长使用寿命，所以使用较低的风塔比较合算 。

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