風力發電廠，簡稱風電廠，是利用風來產生電力的發電廠，是屬于再生能源發電廠的一種。

 

風電廠是指采用風力發電形式的電廠。風電廠在生產的過程中，風力發電的原理是比較簡單的。在風力發電的過程中需要使用風力發電機，空氣切入到風輪葉片中會產生阻力或者是升力。在這兩種力的作用下，風機的葉片就會旋轉起來，從而帶動發電機產生電能。風能是可再生能源，同時也屬于清潔能源。

 

風電廠采用的發電形式主要有三種：

 

第一種是獨立運行。該種發電形式產生的電能比較少，在小型風電廠中會采用該種發電形式；

 

第二種是組合發電。即將風力發電和其它的發電形式組合在一起使用；

 

第三種是風力并網發電。該種發電方式的單機容量比較大，具有很好的發展前景。

 

02什么是陸上風電場？

 

陸上風電場指的是利用陸地上的風來獲得電力的整套設施，對我國來說目前陸上風電場更多，因此技術也更加成熟。其中陸上風電場還分為平原地區的風電場和山區風電場，山區風電場主要建立在西南部山區，發展十分迅速。國內大多陸上風電場采用串聯電容補償方式向外輸送電能。

 

（資料圖：陽光電源）

 

（一）優點

1.低成本：我國陸上風能資源豐富，取之不盡，用之不竭。隨著風電技術和規模效應的提高，風能設施日趨進步，大量生產降低成本，在適當地點，風力發電成本已低于其它發電機。

 

2.低碳環保：陸上風能設施多為不立體化設施，可保護陸地和生態，且風力發電對大氣零污染，無需使用大量自然資源。

 

3.創新：陸上風力發電使用的資源是新能源。近年來，該技術不斷研發創新，不斷降低用電成本，為實現“雙碳”目標注入強勁動力。同時也培養了一批新的技術人才。

 

4.數智：陸上風電行業緊跟技術和政策，開啟數字智能化轉型。風電場生產運維背后的數字化“智慧大腦”標準作業，對生產管理中的異常情況進行智能管控。

 

5.多產業融合：風電+牧場、風電+氫能、風電+儲能、風光水火儲一體化、風電+鄉村振興等均為多產業的融合，陸上風電行業的發展同時帶動其他產業推動地區能源低碳綠色發展。

 

（二）缺點

 

1.不穩定：陸上的地形高低起伏，對地面的風速有很大的減緩作用，所以陸上風機都樹立得高高的，以便利用高空比較大的風，但由于地形問題，陸上各個高度的風速相差很大，這就導致風切變大(垂直方向的風速變化)，使得風輪上下受力不均衡導致傳動系統容易損壞。

 

2.運輸成本：陸上最大的問題就是運輸問題，長近上百米的葉片(拆成兩段也有幾十米)在陸上是很難運輸，且成本高。

 

3.占地大、噪音大：陸上土地資源的稀缺性，耕地紅線不能動，林地不能建等等，而且風機噪音對居民和動物的影響也比較大。

 

03什么是海上風電場？

 

海上風電場是指水深10米左右的近海風電。與陸上風電場相比，海上風電場的優點主要是不占用土地資源，基本不受地形地貌影響，風速更高，風能資源更豐富，風電機組單機容量更大（3～5兆瓦），年利用小時數更高。但是，海上風電場建設的技術難度也較大，建設成本一般是陸上風電場的2～3倍。

 

（資料圖：電氣風電）

 

（一）優點

1.風機利用率更高：我國海上風能資源豐富，取之不盡，用之不竭。通常海上風速比陸上高20%左右，因而同等發電容量下海上風機的年發電量能比陸上高70%。如果陸上風機的年發電利用小時數是1,000小時，則海上風機就能達到超過1,500個發電小時。

 

2.單機裝機容量更大：風機的單機發電容量越大，則同一地區的掃風面積和利用風的能量越多，也就是資源更充分利用。而單機容量越大，發電機就越大，葉片也就越長。陸上風電最大的問題就是運輸問題，長近上百米的葉片(拆成兩段也有幾十米)在陸上是很難運輸的，而在海上就不存在這個問題，可以直接用大型船只運輸。

 

3.我國能源結構中風電同比增長最快：從我國能源結構來看，火電依然是我國目前最主要的電力來源，累計裝機容量超過五成。但從增速來看，風電、光伏等新能源裝機增速己顯著高于火電。其中，風電同比增長最快。截至2021年11月，我國風電累計裝機容量達到3.05億千瓦，同比增長29.0%，為同期水電（5.5%）、光伏（24.1%）、火電（3-5%）中增長最快的能源類型。

 

4.環境友好：陸上的土地資源具有稀缺性，例如耕地，林地不能建設風電場等等。隨著陸上風電的發展，新的可開發陸上風逐漸減少，而且風機對野生遷徙性鳥類會造成影響，然而海上建設風場則不存在這些問題，中國海岸線長度超過1.8萬公里，具有豐富的海上風能資源。

 

5.我國發展海水風電潛力巨大：根據世界銀行發布的數據顯示，我國在距離海岸線200公里、水深1000m以內水域海上風電技術性開發潛力為2982GW。

 

（二）缺點

 

1.制約因素：與陸地風電相比，海上及潮間帶風電機組所處的環境與陸地條件截然不同，海上風電技術遠比陸地風電復雜。在設計和建設海上風場過程中，我們將不得不考慮海上惡劣自然條件和環境條件帶給我們的影響，如鹽霧腐蝕、海浪載荷、海冰沖撞、臺風破壞等制約因素。

 

2.鋪設復雜：海上風電場的施工環境復雜、作業窗口期短、施工精度要求高、施工作業面分布廣、統一協調調度難度大，海上風電機組基礎施工是整個風電場成功建設運營的關鍵所在，不同地質環境下的風電機組基礎施工技術仍需進一步提高。

 

3.維修成本：風電機組搶修維護的過程中，涉及風電機組大部件更換，需要運用運輸船舶、起重船舶以及專用工程設備，維護價格居高不下。特別是涉及輸電海底電纜故障情況，涉及海底電纜故障點排查測距、故障段海纜打撈、故障段海纜搶修及試驗等環節，除受海上天氣因素影響外，故障海纜搶修恢復時間較長，涉及調用船機設備，費用高，同時導致風電機組停運時間長，嚴重影響發電量。

 

04什么是分散式風電？

 

分散式風電，根據國家能源局的定義，是指位于負荷中心附近，不以大規模遠距離輸送電力為目的，所產生的電力就近接入當地電網進行消納的風電項目。      

 

分散式風電應滿足以下條件：利用電網現有的變電站和送出線路，不新建送出線路和輸變電設施；接入當地電力系統110千伏或66千伏以下降壓變壓器；項目單元裝機容量原則上不超過所接入電網現有變電站的最小負荷，鼓勵多點接入；項目總裝機容量低于5萬千瓦。           

分散式風電項目所產生的電力既可以自用，也可上網，且能在配電系統平衡調節。

 

（資料圖：陽光電源）

 

特點：（1）總體：具有投資規模小、建設周期短，收益穩定等特點。 （2）在發電環節：分散式發電方式對風速、占地面積等要求較低；（3）在輸電環節：分散式發電方式輸送距離較短，減少了線損，節約了成本； （4）在消納環節：分散式風電一般靠近用電負荷中心，就地并網就地消納。

 

05什么是漂浮式風電？

 

不同于傳統的固定式海上風力發電機，“漂浮式風力發電機”將固定式基礎改為漂浮式基礎，使風機“漂”在水面上。

 

漂浮式風電基礎型式

 

漂浮式海上風電的基礎是指下部支撐塔筒的浮體部分，雖然漂浮式風電基礎型式靈活多樣，但總體而言可以歸納為四種類型，分別為立柱型、半潛型、駁船型和張力腿型，不同型式具有不同的適用水深和技術路線。

 

（資料圖：明陽集團）

 

（1）立柱型

立柱型漂浮式風力機又稱Spar型，適用水深通常要求大于80米，主體結構由浮力艙、中間段和壓載艙構成，通過壓載艙使平臺的重心遠低于浮心，從而保證良好的穩定性。立柱型基礎具有較小的水線面設計，可減小平臺垂蕩運動，但較大的平臺吃水導致對工作水深有特定的要求，對于組裝、運輸和安裝挑戰較大，同時細長的結構可能會引起渦激運動。世界上第一個商業化的海上風電場Hywind Scotland即是采用的這種類型。

 

（2）半潛型

適用水深范圍較大，通常大于40米，最深可達上千米。其主體結構多為三立柱或四立柱結構，設有垂蕩板及壓載系統，通過調整各立柱壓載形成合理的浮力、重力分布，實現系統穩定。半潛式基礎安裝方便，技術較為成熟，可在碼頭完成風電機組和平臺組裝，采用濕拖運輸，運輸安裝難度小。半潛型基礎是目前最適合中國海域的基礎型式，我國研發的漂浮式樣機都采用了半潛型的技術路線。

 

（3）駁船型

駁船型漂浮式風力機與半潛型類似，部分學者也會將其歸為半潛型，其同樣具有較大的水線面面積，但與半潛型相比其吃水可以更小，適應水深一般大于30米即可。駁船型基礎結構簡單、易于制造，裝配可在碼頭完成后濕拖運輸，成本較低。缺點是吃水淺、重心高，對外界環境較為敏感，不適應環境惡劣的海域且對波頻響應較為敏感。

 

（4）張力腿型

張力腿型漂浮式風力機的設計理念與其他型式差異較大，其浮體的浮力要遠大于重力，通過施加較大預張力的張緊式系泊（張力筋腱）來實現定位。張力腿型漂浮式風力機適用水深通常大于60米，張力筋腱對面內運動（縱蕩，橫蕩和艏搖）的約束較低，對面外運動（垂蕩，橫搖和縱搖）的約束較高，因此面外運動幅度小，便于提高發電量。張力腿型漂浮式風力機錨泊系統占用海域面積小，但自穩性較差，需要大剛度的張力筋腱，系泊成本劇增，且對海床性能有一定要求，安裝過程復雜，該類型的相關技術是目前發展最不成熟的一種。