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风能发电及风光互补发电系统 在海上边际油田开发中的应用研究 摘要：面对日益增加的能源需求，海上边际油田越来越受到关注。但供电常常成为海上边际油田开发的制约因素之一。因此研究开发就地安装、成本低廉、维护管理方便、资源节约、环境友好型的供电系统，是边际油田开发研究的当务之急。本研究在对风能和太阳能应用发展现况调研的基础上，针对现有边际油田开发项目，通过风能和风光互补发电系统设计，探讨了风能和太阳能在边际油田开发中应用的可行性，为风能发电及风光互补发电在海洋边际油田的应用提出建设性的意见。 关键词：风能 太阳能 风光互补发电 边际油田 海上边际油田开发常通过简化平台设施来达到降低投资的目的，但无论怎样简化，为海上油田生产、安全、控制和通信系统供电的设施是必不可少的，因此供电方案常常成为海上边际油田开发的制约因素之一。现有海上油田所使用的电能大多通过燃烧天然气、原油、柴油等化石能源产生，设备投资高，维护、管理复杂，不仅要消耗大量的不可再生资源，且对环境造成污染。边际油田如果采用上述发电方式将大量增加成本，导致油田难以开发。目前海上边际油田开发最常用的供电方式是通过海底电缆从附近的综合平台引电，这种方式有时会受到海底电缆的费用高或附近平台无富余电力的限制。面对日益突出的能源和环境形势，研究开发就地安装、成本低廉、维护管理方便、资源节约、环境友好型的供电系统，是边际油田开发的当务之急。 风能和太阳能资源分布广泛，属清洁可再生能源，用于发电对环境无害且取之不尽用之不竭。近年来，随着国家“节能减排”、“开发利用可再生能源”等号召的提出，以及一系列相关政策和法规出台，风能和太阳能在国内得到了越来越广泛的应用。海洋边际油田地处海上，有丰富的风能和太阳能资源，开发和利用这些可再生资源，替代或部分替代现有化石能源，为开发生产及其相关活动提供电力有较大的便利和优势。 风能发电及风光互补发电的发展现状 风能和太阳能都是洁净、储量极为丰富的可再生能源。我国幅员辽阔，风能资源丰富，据估算，我国陆地可开发风能储量约风能储量约中国太阳能资源非常丰富，理论储量达每年17×104亿吨标准煤，大多数地区年平均日辐射量在每平方米4千瓦时以上风能得到国家大力鼓励支持2006年，中国风电累计装机容量达到260万千瓦到2007年，我国的风电总装机容量达590.6万千瓦，2007年一年的装机容量就达330.4万千瓦，比此前20多年的总装机容量还要多《2007中国新能源产业年度报告》，中国已形成了世界上最大的小风机产业和市场，并已推广了总容量约7万千瓦的35万台小型风机用于边远地区居民用电。）据不完全统计，现在我国从事太阳能发电技术产业研究、开发、生产和应用的单位已超过100家太阳能发电设备累计装机容量80MW [3]。风能20世纪20年代才开始出现。垂直轴风机与水平轴风机相比，启动风速低，能量转换效率高，无需风向调节装置，机电设备可以安装在地面，维护保养方便。此外垂直轴风机的叶片高速运行时无振动、无噪声，对人类和环境的影响极小，所需安装和运行空间较小，尤其适用于生态环境脆弱地区、空间狭小场所和人员经常出入的地方，由于叶片形状特殊，设计、加工和运输难度较大，单位发电量造价高于水平轴风机。 在风能发电系统中，对方案和费用影响较大的主要因素是风力发电机的形式和蓄电池的配置，本研究分别采用水平轴风机和垂直轴风机进行了方案设计，同时考虑连续3天或6天无风情况进行蓄电池配备，设计结论如下： 1）水平轴风机的系统配置 根据用电负荷情况、发电机的功率曲线和所属海域年平均风速，配置的风力发电机功率为5KW, 选配相应功率的控制器和逆变器，考虑连续3天无风情况时配备蓄电池为12V 200AH的蓄电池20个，2串联×12并联，如果考虑连续6天无风情况时配备蓄电池为12V 200AH的蓄电池38个，2串联×19并联。具体规格如表2： 表2. 水平轴风机的系统主要设备参数 设备名称 功率 数量 设备尺寸 设备总重量 费用(元) 风力发电机 5000 W 1 风伦直径5m对风尾翼长2m 600kg 38000 蓄电池 12V，200AH 38/20 407×174×209(mm) 20 kg/块 102600/54000 2）采用垂直轴风机的系统配置 根据用电负荷情况、发电机的功率曲线和所属海域年平均风速，配置的风力发电机功率为3KW, 选配相应功率的控制器和逆变器，蓄电池配置同水平轴风机发电系统。具体规格如表3： 表3. 垂直轴风机的系统主要设备参数 设备名称 功率 数量 设备尺寸 设备总重量 费用(元) 风力发电机 3000 W 1 直径3m×长度3m 350 kg 30000 蓄电池 12V，200AH 38/20 407×174×209(mm) 20 kg/块 102600/54000