风力发电在海洋石油平台上的应用

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摘要：近年来，我国的风力发电事业发展十分迅猛，加强风力发电在海洋石油平台上的应用研究是十分必要的。本文作者结合多年来的工作经验，对风力发电在海洋石油平台上的应用进行了研究，具有重要的参考意义。

关键词：风力发电;海洋环境;电气设计

中图分类号：F406文献标识码： A 文章编号：

目前，风力发电是风能利用的主要形式，受到各国的高度重视，并且正在飞速发展。其与热力发电设施有所区别，风力发电不需冷却水，使用风力发电可使公用水系统用水减少17%，等价于不需在建设80GW新的燃煤电厂。风力发电无需燃烧燃料，更不会产生辐射和空气污染；从经济的角度讲，风力仪器要比太阳能仪器便宜90%多。我国风能储量相当大，分布面广，甚至比水能还丰富。合理利用风能，既能解决目前能源短缺的压力，又能解决环境污染问题。风能还是极为清洁高效的能源。每10MW风电入网可节约3.73t煤炭，同时减少排放粉尘0.498t、CO29.35t、NOX 0.049t和上SO2 0.078t。例如，2000年，我国风力发电9.65亿千瓦时，共节煤35万t；2002年德国风力发电170千瓦时，节煤442万t，减少CO2排放1428万t。

我国能源资源虽然丰富但是人均资源相对匮乏，远低于世界平均水平。2000年全国人均煤，石油，天然气可采储量与人均水电资源占世界平均值的55.4%、11.1%、4.3%和70%。随着我国经济的快速发展，能源瓶颈对经济发展的制约越来越明显。预计我国国内能源供应的缺口量，在21世纪初期将超过100Mt标准煤，2030年为250Mt标准煤，到2050年为460Mt标准煤，大约占年供应需求量了10%，因此未来我国能源供应形势不容乐观。正是这种能源短缺的局面给风力发电带来了前所未有的机遇与挑战。

1渤海海上风电示范项目简介

本项目选址于绥中36一1油田(简称SZ36-1油田).该油田位于渤海辽东湾南部海域，水深为30m～3lm。在50m～70m离地高度上，油田风速介于6.5m/s到6.8m/s之间。采用一台新疆金风科技公司生产的风力发电机组(以下简称风电机组)，这是首台国产风电机组在海上安装使用。SZ36-1油田二期电网为小型孤立电网，供电电源为位于中心平台(CEP)的4台10MW透平发电机组。其负荷分别位于CEP及6座井口平台(WHP1-WHP6)上。机组的正常运行方式为3台发电机并联运行，1台备用。拟利用该油田闲置的单点系泊系统导管架作为风电机组的结构基础，通过约5 km海底电缆与CEP平台连接。CEP平台上的主电站和电力系统在与风电机组并网后可实现平稳运行，为油田供电。

2风电机组基本情况

风电机组采用金风公司提供的直驱式永磁同步发电机。发电机的转子装有永久磁铁，定子不直接接入电网而是接至背靠背的电压源变频器，由变频器实现AC-DC-AC变换后，输出频率为F=50Hz的恒定电压，这样，低速多极同步发电机把旋转叶轮产生的机械能转变为频率为F=50Hz的电能输入电力系统。

3风电机组接入电网的方案

绥中36一1油田风电方案，利用闲置的原单点系泊系统(SPM)导管架作为风电机组的结构基础，安装一台1.5 MW海上风电机组。风电机组经全功率逆变器输出690v交流电，再由变压器升压至630OV，通过大约5Km海底电缆送至CEP平台，电气系统示意图见图1。绥中36-1二期油田是主力生产油田，为确保油田的正常生产，在风电接入的初期，仅与CEP平台现有6300V、10690kw的主发电机组一台进行并网测试，待试验成功，再考虑将风电机组并入油田主电网，实现并网发电。

4海上风电并网的稳定性

由于风力发电本身存在着随机性、间歇性和不可控性，当电网中并入的风力电能达到一定程度时，将会引起电网的不稳定。海上油田加入风电的比例，应视各油田群的机组容量及使用状况而定。对于平台电站单机容量高，总电站容量大，剩余功率较高时，比例可在10%左右;对于单机容量小，总电站容量较低，剩余功率较低时，比例可在5%以下；而对于那些须投入备用机组或限载运行的电站，一般不采取风电辅助供电。如想适当增加风电比例，在不考虑风电领域新的储能技术发展的前提下，根据各油田群的目前状况，可以采取自身系统联网，增大发电机储备容量;或将海上电网与陆地电网并网，使弱电网变为强电网。这些均可使风电的比例得到增加。就本工程而言，风电机组容量1500kw与平台电网容量30000kw相比较小，只占5%，风电比例不存在问题。风电机组不进行调峰控制，有多少电能都对外输送，由平台主发电机调节因风力变化引起的功率波动。

5电气设备的选型与布置

风电平台与传统海洋石油平台相比，不存在危险气体，无危险区，因此无防爆等级要求，满足防护等级要求即可。但风电平台为无人驻守平台，空间更为紧凑，使得对电气设备的可靠性及尺寸要求更高。在比较油浸式变压器(箱变)与干式变压器的各自特点后，本项目位于SPM平台的变压器决定选用干式变压器。原因如下:油浸式变压器虽然防护等级较高，可直接放置于室外甲板上，但是需经常巡视，关注油位的变化，防止变压器漏油扩散，陆上一般在油浸式变压器下方都建有储油池，可以储存变压器全部漏油;海洋平台由于受到空间的限制，无法建储油池，而是采用围油槽，但围油槽比较浅，只能承担变压器的部分漏油，需要及时清理;SZ36-1 SPM平台为无人驻守简易平台，同时，建有海上风电场的海域因其风资源比较丰富，则海况较差，日常维护不便，一旦变压器发生漏油而没能及时清理，则有可能发生溢油，造成污染。干式变压器则免维护，但因其防护等级较低，为此，采用时将其布置于室内，并安装了通风设备。本项目在单点导管架新增上部组块上建四腿双层风电简易平台，其上设有1台1.5 MW的风电机组和风电机组的配套设备和电气房等。风机配套设备如整流、逆变装置、出口开关、监控系统等设备将与配电盘一起布置在单点导管架的下层甲板主开关间内，并将风机升压变压器、降压变压器及照明小动力变压器布置在下层甲板的变压器间内。中心平台6.3kv开关柜为己有设备，位于中心平台主配电间内。

6海洋环境对风力发电系统的要求

海洋环境是较为恶劣的，因此，在海上使用的设备一般都有“三防”的要求，防水、防腐、防霉菌.该项目设计中，对于风电机组而言，首要的问题便是如何保证风电机组在海洋环境中长期正常工作。目前国内市场上提供的风力发电机，大都为陆地应用类型，国内生产商并没有针对海上环境开发专门的产品;渤海风力发电项目使用的风力发电机也是如此。因此，必须对该风力发电机的某些核心部件进行改造，以适应海洋环境气候条件。在这方面，根据对海洋环境气候条件的认识，对风力发电机组及其附属设备进行了大量的防护处理工作。效果如何，还需要海上实际运行过程的检验。

7结语

渤海海上风电示范项目是海上风能开发领域的第一步，也是世界首例风力发电机组与透平发电机组并车为海上油田开发供电的尝试。本文希望通过对该项目的探讨，对今后海上风力发电的开发具有一定借鉴意义。由于条件和时间的限制，海上风力发电尚有许多方面有待改进和深入探讨;对于风电场内部电气系统以及与陆上系统的联络线的设计将不断更新，这些更新都借鉴了现存海上风电场的运行与设计经验，其最终原则是:保证海上安装尽可能简单，成本尽可能低，输电质量及效率高。

【参考文献】

[1]赵振宇等.风力机原理与应用[M].北京：中国水利水电出版社，2011.1.

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