海上風電的若干關鍵技術綜述

李鵬暉

[摘要]海上風電是我國未來風電產業的重要發展方向，做好技術的研究與應用將直接關系到未來發展效果。在本文中將就海上風電的若干關鍵技術進行一定的研究。

[關鍵詞]海上風電；關鍵技術；綜述

一、引言

在世界范圍內能源需求量不斷增加、環境污染情況愈發嚴重的背景下，對新的可再生清潔能源進行尋求可以說成為了現階段最為重要的一項工作任務。在風電事業不斷發展的過程中，能夠開發的陸地資源逐漸減少，同其相比，海上風場具有著更強的風能以及更為穩定的風力資源，且同時具有著噪聲污染小以及土地資源占用率低的特點，并因此受到了各國的高度重視。要想做好海上風電場的開發工作，技術的應用十分關鍵，需要做好相關技術的研究與把握。

二、海上風電關鍵技術

（一）發電機設計

在海上風電機組研制工作當中，其重要任務即在對風機利用率進行提升的基礎上實現其維修率的降低，其維修率也將直接對風場經濟效益產生影響。在實際發電機設計當中，需要能夠根據實際工作環境對電機結構類型進行確定。對于雙饋式發電機來說，其具有并網便捷、穩定性高以及風能利用率高的特點，但因齒輪箱的存在，使其在實際應用當中具有著較高的故障率。直驅永磁同步發電機組取消了齒輪箱，具有著較高的可靠性以及電網功率因數，但在機艙空間方面則具有著較高的要求。近年來，所開展的研究即在直驅發電機基礎上對升速齒輪箱進行安裝，以此實現對半直驅發電機的組成，能夠在對風機故障率有效降低的基礎上控制體積，能夠更好的布置在機艙當中。

（二）葉片設計

在額定容量下，風機在對應不同葉尖速比以及漿距角時都具有最大的風能捕獲值。對于海上風機來說，其通過大型葉片的應對具有較高葉尖速比進行獲得，以此對風能的捕獲量進行提升。對于大型葉片來說，其在材料強度、質量以及剛度方面都具有著更高的要求，通過環氧碳纖維樹脂的復合材料所制成的柔性葉片，則能夠減輕約30%左右的重量，且能夠根據實際海上風況變化情況對其空氣動力型面進行改善，在對葉片受力狀況以及空氣動力響應的基礎上增加風能的捕獲量，且能夠獲得更高的運行可靠性，具有著較好的應用前景。目前，我國在葉片材料研制方面具有了較好的進展，已經開發出了具有高性能的環氧乙烯基脂樹脂，同環氧樹脂相比具有相似的性能，但卻具有著更低的成本。

同時，對于葉片翼型的設計也是一項關鍵內容，能夠對更多的風能進行捕獲。目前，對于低速風機葉片來說，其具有著凹、薄的翼型。而對于現代高速風機來說，其通常對流線型葉片進行使用，通常會從NACA系列當中選取，對于這部分翼型來說，其具有著更高的空氣動力效率以及阻力，但在葉片翼型方面還具有較大的空間需要改進。此外，通過新空氣動力控制裝置的應用，如葉片幅翼等，即能夠以更為有效、簡單的方式實現轉子旋轉速度的限制，同機械剎車方式相比具有更低的運行成本以及更好的可靠性。當風輪在實際旋轉過程中，將具有交替變化的受力特征，且風速不穩定情況的存在，也將導致風力機發生振動情況，且將因此增加維護成本，對此，在未來研究當中，也需要將這部分因素的不良影響降低作為一項重點進行研究。

（三）冷卻系統設計

在海上風力風電機組當中，冷卻系統是其一項重要的組成部分，其主要作用即是對發電機組的齒輪箱、變流器以及點擊等發熱部件進行冷卻，使其在溫度方面能夠對系統的運行要求進行滿足。通過良好冷卻系統的應用，則能夠在有效提升電機絕緣壽命以及使用效率的基礎上避免電機出現永磁體不可逆去磁以及結構變形情況，保障齒輪箱以及變流器等都能夠正常運行。根據具體發熱量差異情況存在，其可以使用液冷以及強制風冷這兩種方式，對于MW級的海上風電系統來說，其具有著非常高的發熱量，在使用強制風冷處理時，具有著非常大的風力需求量，同時，在海風當中也具有著較多的鹽霧等腐蝕介質，對此，海上風力機通常使用液冷方式進行冷卻，該方式在傳熱性以及密封l生方面都具有更好的表現。

發電機方面，其所使用的液冷系統主要通過定子外部水套的方式同電機內部間實現熱交換處理，或者使用空心銅線對循環通道進行形成，冷卻液方面，則通常為乙二醇一水溶液或者水。為了能夠對散熱效果進行進一步的增強，在實際設計當中則可以將散熱板筋設置在定子外圍位置，也可以將單獨的冷卻銅管加入到定子繞組當中，并通過風扇在電機轉子端部位置的增加起到空氣對流效果。對于液冷系統來說，其在實際應用當中具有著較好的冷卻效果，且以外界環境為冷源，具有較小的傳熱溫差，并因此使其外部換熱器具有較大的體系，在系統實際安裝布置方面則存在著一定的困難。目前，我國已經有研究人員通過蒸發冷卻方式的應用以密閉管道或者空間的方式將熱量實現對蒸發冷卻介質的傳遞，通過其汽化吸熱作用的應用帶走更大的熱量，以此保證艙內具有恒定的溫度，且所使用的冷卻介質在絕緣性方面具有較好的表現，具有較好的應用前景。

三、結語

在上文中，我們對海上風電的若干關鍵技術進行了一定的研究。在未來風電發展當中，需要能夠做好這部分技術的進一步研究與科學應用，以此對我國海上風電事業的發展起到重要的推動作用。