【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

核心内容概述

大规模海上风电开发是实现“双碳”目标的重要支撑，具有巨大的发展潜力。然而，其开发过程中面临诸多挑战，包括环境要素多、耦合作用强、强扰动影响大，以及经济性与安全性兼顾的难题。此外，海上风电开发还存在技术手段缺乏、协同弱、倒塔、冲刷、锚害、脱网等事故频发的问题，对建设与运行造成严重影响。

主要挑战

1. 环境要素复杂
   海上风电场站建设需应对多维环境因素（风、浪、流、土）的耦合作用，环境扰动频繁，给机组设计与系统构建带来不确定性与风险。

2. 数据整合与评估技术不足

   • 海上风电资源数据维度少、精度低、覆盖范围小、时间跨度短，难以满足精准设计与优化布局的需求。
   • 陆上观测站点密度远高于海上（70个/万km² vs 1个/万km²），导致数据获取困难。
   • 测风塔造价高昂（海上约为1000万/座，陆上约为20万/座），成本控制压力大。

3. 设计冗余度高
   传统方法仅通过增加安全系数解决复杂环境下的设计问题，导致结构冗余度偏高，影响经济性。

4. 并网与消纳难题
   海上风电并网安全稳定评估、发电预测及电力消纳评估技术不足，导致弃风率高、系统稳定性差。

5. 事故频发
   由于技术手段不足与设计缺陷，海上风电事故频发，如倒塔、冲刷、锚害、脱网等，带来重大经济损失。

关键技术进展

1. 高精度环境数据与资源评估系统

• 开发了空海地多场多尺度资源数据库，实现风、浪、流、土等多维资源的高精度解析。
• 提出时空客观网格化最优插值方法，解决低时空分辨率与高时空分辨率数据的融合问题。
• 建立风-浪-流三维全耦合计算模型，实现30年历史与实时数据的演化分析。

2. 多维资源评估与风险分析

• 建立了海上风电广域多维多元资源评估模型，涵盖经济、安全、环保三个维度，共12个指标。
• 提出了经济-安全-环保三维风险评估体系，实现项目总体风险的系统评估。

3. 机组-场群协同优化设计

• 开发了复杂环境海上机组-场群微观选址系统，考虑海床地形与冲刷影响，提升风场发电量与机组可靠性。
• 实现场群布局优化，使基地场群发电量提升5%。

4. 一体化设计与优化系统

• 建立了机组载荷刚柔流固耦合一体化设计系统，提出湍流强度修正方法，优化风电机组-塔架-基础一体化设计。
• 开发了海上风场多机组复杂环境耦合影响一体化规划与设计系统，实现多激励多目标整体优化。

5. 电气设计与并网安全分析

• 研发了海上风场发电-集电-输电一体化电气设计系统，提出动系数倍乘变目标寻优函数，优化海缆路径与长度，平均降低海缆投资5%。
• 建立了风-机-场-网全景仿真系统，实现多物理场交互融合，支持5-10个千万千瓦级基地并行仿真。

6. 发电预测与源网消纳评估

• 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，基于多时空风资源及其演化过程，构建多机组尾流-湍流综合影响的发电预测模型。
• 实现海上风电接纳空间的精准评估，某规划风电基地弃风率较原有规划降低50%以上。

7. 协同设计平台与系统

• 建立了风-机-场-网-用规划设计协同交互机制，构建国产化平台架构与支撑系统。
• 研制了海上风电全过程协同设计的成套系统与平台，实现多源异构数据融合与系统协同设计。

总结

大规模海上风电开发在技术与系统层面取得了一系列重要进展，包括高精度环境数据获取、多维资源评估、机组-场群协同优化、一体化设计与仿真、发电预测与源网消纳评估、协同设计平台等。这些技术突破有助于提升海上风电场的发电效率、系统安全性与经济性，为实现我国海上风电规模化、智能化发展奠定基础。