世界第一个商用浮式海上风力发电场Pilot Park-苏州希倍优辊轮有限公司
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世界第一个商用浮式海上风力发电场Pilot Park

2017-2-28 17:08:27      点击:


                来源:DG offshore  作者:Nutshell

该示范项目能够充分利用苏格兰丰富的海上风能资源,在水深超过100米的海域内运作,为商业化规模化的浮式风电场运作展示了成本效益和低风险的解决方案。该风电场5台6MW的风机安装在Spar式基础上并通过锚链固定在海床。风电场占地面积约4平方公里,所处海域平均风速约每秒10米。浮动基础的重量约为3,200t,包括超过1000t的高密度混凝土。


HywindII基础建造组装

项目背景

一直以来想写一点关于Hywind 的内容,但是一直没有时间,也欠缺资料。最近闲下来找了找资料,在这里跟大家分享一下。

Polot Park浮式风电场基本资料:

位于苏格兰阿伯丁东北方向的英国北海沿岸,距离岸边25公里,水深95~120m,风电场位于两条油气管线之间

挪油拥有75%权益,Masdar拥有剩余25%

PilotPark风电场夹在已有油气管线中间,寸土寸金有木有

风电场由5台挪油Hywind Spar基础浮式6MW风机组成,2015年作出投资决定,总装机容量30MW

风机SWY-6.0-154由西门子提供,轮毂高度101m,桨叶直径154m

年平均风速10.1m/s,输电电压33~36kV

每台浮式风机间距1Km左右,采用3X1系泊系统,拖曳锚,系泊缆不清楚是使用钢缆-链还是复合缆-链,有可能会配备配重块增加系泊系统回复刚度

风机基础为Spar,按照新闻说法基础总重3200t,包括1000t的固定压载

风机基础海上扶正压载、压载,整体拖航至安装地点

项目总投资20亿挪威克朗,相当于9.5亿美元,建成后能够为2万户居民提供稳定供电

预计于2017年投产,设计寿命25年


作为国家石油公司的挪威石油,很早就开始布局新能源产业。2001年推出了Hywind浮式风机概念。Hywind是Spar基础浮式风机,采用Spar基础的好处是平台小水线面,运动性能好,极限海况适应能力好,无条件稳性。

挪油2009年推出了2.5MW的Hywind样机,服役在挪威沿岸10km的挪威北海,水深200m,于2009年9月开始运行。自运行以来已经累计发电37.6Gwh,整体表现还是非常好的。服役期间经受住了44m/s风速和19m最大波高的考验,证明了Hywind的可靠性。

Hywind样机托航

体型大了一圈,成本却降低了60~70%

Hywind若干年稳定的表现也给了挪油信心,最终促成了Pilot Park项目的实现。从挪油的布局来看,Pilot Park项目一定程度上还具备试验性质,技术挑战和概念可行性已经被样机所证明,这个项目背负着项目降低成本的验证意义。


未来浮式风电的市场还是比较广阔,技术挑战退居其次,成本还是主要阻力

聊聊浮式风机基础

源自于海洋石油行业的验证,当前浮式风机基础无非就是四种:TLP、Spar、Semi,Barge。

这个套路似曾相识

从分析角度讲,浮式风机主要的载荷有:风载、流载、一阶波浪载荷、二阶波浪载荷、叶片覆冰、冰激载荷、重力,分析过程中要考虑空气动力学和水动力学的耦合,比海工浮体分析稍微复杂一点点。

浮式风机主要载荷

浮式风机主要分析流程

最近20年浮式风机成为了研究热点,也有样机建成进行海上实测。主要的有:

Blue H第一个浮式风机80Kw(2008年),看上去像是半潜形式的

University of Maine(2013年)造了一个1:8的大尺度样机模型在海上进行了实验。基础是三立柱、三浮箱,横撑斜撑支撑,没记错的话好像基础是混凝土的。有兴趣的可以去OMAE搜一搜,有相关的论文发表

还是很简洁的

挪油2009年退出了第一个全尺度的2.5MwSpar基础浮式风机Hywind,实践证明这个概念相当成功(至少是在北海)

2011年Priciple Power在葡萄牙沿岸45m水深位置建成了世界第二个全尺度浮式风机样机2MW的Wind Float。风机不对称的放在了三个立柱的其中一个上。整体组装,湿拖安装,也体现了半潜基础形式一贯的优点。但是由于结构不对称,当基础产生及较大倾斜的时候需要平台安装的压载设备进行调载调平。样机造价2600万美元。据报道,2016年25MWWind Float项目获得欧盟批准,预计2019年能够投入运营。

 

2013年日本也造了两个样机,一个是半潜形式、风机中置的2Mw浮式风机,另一个是Spar形式的2Mw浮式风机

从当前的势头来看,Spar和半潜形式是浮式风机的主流,TLP也有机构在研究,还未见样机投入试验的报道。

Hywind的成功之处

Hywind2009年安装吃水100m,由Technip设计建造,当时预计进行2年的运行测试。Spar基础在海湾中扶正,压载,随后上部风机进行安装,随后整体托航至安装水域,项目花费6200万美元。2010年遭遇了11m波高的袭击,样机安然无恙。

Hywind From NREL FAST

Spar基础的长运动周期、无条件稳性是Hywind成功的重要保证,但同时也面临着建造、安装的局限。挪威有条件良好的深水港湾,Spar基础的扶正、压载可以在环境条件较好的港湾内进行,换到世界其他海域,有可能安装过程会变得复杂一些。

潜在的VIM影响有可能在一定程度上影响Spar基础浮式风机的安全。挪威海域包括英国北海流速并不像墨西哥湾、中国南海那样能够使Spar平台产生明显的VIM运动,这一点从Aasta Hansteen Spar FPSO不装螺旋侧板可以看出端倪(我记得是不装的,如果说错了也请指正)。VIM对于Hywind浮式风机的影响可能还需要分析与实践的验证。