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1、国际风能技术产业发展现状与趋势叶杭冶研究员献 人 类 清 洁 绿 电,还 自 然 碧 水 蓝 天主 题一、风能开发进入新的发展阶段三、未来技术创新的发展趋势二、风力发电的主要技术进步主 题一、风能开发进入新的发展阶段风力发电技术显著提高更大、更便宜、更环保波音 747-8长度:76米风电机组容量的变化趋势Vindeby1991年风轮直径:35m轮毂高度:35m容量:0.45MWMiddlegrund2000年风轮直径:76m轮毂高度:64m容量:2.00MWNysted2003年风轮直径:82.4m轮毂高度:69m容量:2.30MWHorns Rev 22009年风轮直径:93m轮毂高度:68
2、m容量:2.30MWAnholt2012年风轮直径:120m轮毂高度:82m容量:3.60MWWestermost Rough2014年风轮直径:154m轮毂高度:102m容量:6.00MWBurbo Bank Extension2016年风轮直径:164m轮毂高度:113m容量:8.00MWBremerhaven2017年风轮直径:180m轮毂高度:115m容量:8.00MW近30年风电机组叶轮扫掠面26倍风能资源开发能力显著提升近30年可供开发的风能资源增长了2.5320倍140m 57 2.5风力发电成本大幅降低001980 1985 1990 1995 2000
3、2005 2010 2015 2020 2025在过去的30年里,风力发电成本从0.8美元/(kWh)降至0.04美元/(kWh),预计未来将再降低30%。风力发电技术成本曲线(NREL,2005)美分/(kWh)平准化度电成本(美元/MWh)陆上风电固定式海上风电漂浮式海上风电风力发电成本预测(Berkeley Lab,2016)风力发电占比显著提升与质疑相反,全球范围内,更高比例的波动性可再生能源成功接入电力系统,并未影响电网的稳定性。2017年波动性可再生能源发电量占比前10位的国家总发电量中的占比(%)REN212018可再生能源全球现状报告主 题风能开发进入新的发展阶段主要标志:1、
4、风能资源可开发量可以为能源需求提供重要支撑2、风电上网电价可以与常规能源竞争3、风电接入比例不影响电网的稳定与安全主 题二、风力发电的主要技术进步风力发电的主要技术进步资源评估模型智能运行维护风能预测载荷与控制风电场设计结 构 与部 件 设计试验与检测材料科学与特性开发/运营制造供应100,000m10,000m1,000m100m10m1m0.001m0.000001m从风资源评估到风电机组新材料开发整机设计宏观选址精准测风资源评估数字化产品设计运行评估项目管理项目管理测风及分析测风及分析中尺度图谱中尺度图谱中尺度中尺度WRF模拟模拟微尺度微尺度CFD仿真仿真中微尺度嵌套耦合中微尺度嵌套耦合
5、定制化设计定制化设计运行评估运行评估数据库气象再分析数据中尺度数据雷电预测数据 冰冻预测数据地形图数据地形粗糙度数据地形勘察数据风机运行数据风场数据功率曲线数据工程造价数据风场建设数据测风塔数据雷达测风数数据宏观选址宏观选址测风数据分析管理平台测风数据分析管理平台WindeyFOAM平台平台SiteOpti系统系统后评估系统后评估系统风电场设计优化、运行评估一体化数字平台风电场设计周期缩短风电场设计周期缩短50%以上以上;投资估算准确度提高投资估算准确度提高20%以上以上;风电场投资回报率提高风电场投资回报率提高1%3%。基于大数据的风电场建设运维数字化/智能化风力发电技术1.风电场端 Win
6、dViewer智慧型风电场全生命周期解决方案,实现先进的设计,精细化的运营和产品性能的持续提升。2.总部/区域端 Aeolus Cloud风电场远程管理移动解决方案,帮助摆脱时间和空间的限制,随时随地与风电场互联互通。3.云端 WindeyAeolus生产过程监视、控制与调度的智能化解决方案,帮助完成生产目标,提高运营业绩。风电场智能信息系统 基于大数据和物联网,实现风电机组的全生命周期管理,降低运维成本,提高运营收益。风轮直径:120-160米塔架高度:120-150米大型风电机组的轻量化设计颠覆了传统设计理念 超大叶轮动态载荷的精确控制 柔性高塔技术大型风电机组轻量化关键技术取得重大进步桨
7、叶设计制造技术的进步使重量降低了40%以极限载荷、最大变形、气动效率等多目标的叶片设计方法 碳纤维和其他复合材料的应用,一体化成型和分段式叶片风电机组新型结构新型塔架技术 全钢柔性塔架类型标准刚性塔架高刚性塔架高柔性塔架要素频率频率频率+疲劳以2.5MW机组为例轮毂高度90 m120 m150 m一阶固有频率0.265 Hz0.265 Hz0.219 Hz重量256 T600 T559 T 需要通过风力机控制动作,减小柔性塔架的疲劳/极限载荷。海上风电技术漂浮式固定式海上风电技术 江苏大丰海上风电场 目前我国离岸最远的海上风电场 离岸43公里,水深1017米 总装机302.4MW 上海市东海大
8、桥海上风电场 我国(亚洲)首个海上风电场 总装机100MW,2010年并网海上风电技术首个漂浮式风电场 投资:20亿挪威克朗 基于Hywind在挪威的试验项目降低了总投资的6070%为20000户英国家庭供电 容量:30MW 水深:95120m 平均风速:10.1m/s 面积:约4km2 平均浪高:1.8m 输送电缆:30km 正式运营:2017年地面测试技术Fraunhofer IWES 海上风电基础地面测试地下部分 单桩式 三脚桩式Fraunhofer IWES 全尺寸结构件地面测试海上风力发电机组测试技术主 题三、未来技术创新的发展趋势一、欧洲海上风电发展趋势风轮直径(米)兆瓦等级6MW
9、的机型在欧洲已过时近期的竞争主要集中在810MW的平台正在开发的12MW级别产品,有望大幅降低度电成本部分12MW的风机最终将升级到15MW一、欧洲海上风电发展趋势SG10.0-193 DDSerial production:2022GE Haliade-XRotor 海上风电创新技术海上风电数字化激光雷达测风技术物联网技术海上风电创新技术浮标式激光雷达测风系统(Fraunhofer IWES)12优点:3制造成本低、运维成本低灵活性强、准确度高扩展性强、具有多种功能海上风电创新技术新型漂浮式基础TetraFloatThe University of Nottingham锚点牵引桁架结构浮筒垂荡系统海上风电创新技术新型漂浮式基础TetraFloatThe University of Nottingham 从单台机组来看,似乎占用了更多的空间。从整个风场来看,与固定式基础的风场相比较,几乎不增加空间。海上风电创新技术水下自动巡检装置海上风电创新技术用于海上风电场维护的直升机海上风电技术风电成本下降趋势陆上风电固定式海上风电漂浮式海上风电(保守估计)漂浮式海上风电(积极估计)来源:IEA WIND谢 谢!