南乌拉尔国立大学理工学院电厂、电网和供电系统系教授叶夫根尼·索洛明与他人合著了一篇关于海上风能的中文综述研究,该研究发表在MDPI出版社旗下的著名科学期刊《能源》(Energies)上。
该国际科学家团队提出利用人工智能技术计算拓扑结构,即风能系统节点的配置和排列。
海上风能是目前最有前景、最环保、最自然的技术之一。然而,它也面临着自身的挑战:电压不稳定以及船舶作业造成的电缆断裂。
“未来5到10年,海上风能技术的发展对俄罗斯至关重要,”叶夫根尼·索洛明教授表示,“这包括国内和国际合同,因为俄罗斯国家原子能公司(Rosatom)正在吉尔吉斯斯坦、缅甸和其他一些国家建设风电场。”
文献综述和分析表明,目前最常用的海上风电场输电方式是35千伏交流电(AC)。这种方式虽然可靠,但成本高昂且效率低下。作者举例说明,对于一座位于90公里外的800兆瓦风电场,改用66千伏交流电可以降低材料成本、减少变电站数量、提高能源利用率,最终节省数亿元人民币。然而,计算表明,电压进一步升高会导致效率下降,尤其是在100千伏以上,且参数不变的情况下。另一方面,从交流电切换到直流电(DC)则可以实现更高的电压,从而节省更多成本。
优化电压、直流电或交流电、岸电距离以及电缆敷设(风电场的“血液系统”)等因素的选择,以最大限度地减少损耗,最终都归结为组合数学问题,而人工智能自然是解决这些问题的关键。
科学家们得出的主要结论是,扩大海上风能系统的规模是可行的,这意味着可以建造能够产生大量电力的巨型海上风电场。当然,直流电(DC)很可能用于输电。然而,在不同阶段将交流电(AC)和直流电(DC)混合、电缆配置以及风力涡轮机的最佳位置等问题,对于人工计算而言效率不够高,但经过专门训练的神经网络完全可以胜任。
海上风能的国内应用前景如何?事实证明,它不仅对于生产“绿色”电力至关重要,而且对于保障核电站的安全也必不可少。
“在俄罗斯,国家原子能公司(Rosatom)是风能开发的领军企业,拥有超过2吉瓦的风电装机容量,主要分布在南部地区——克拉斯诺达尔边疆区和克里米亚,”叶夫根尼·索洛明教授说道。目前俄罗斯还没有海上风电场,但俄罗斯国家原子能公司(Rosatom)正在制定一项建设新核电站的长期计划。根据要求,这些核电站必须配备长期备用电源,以维持电极的加热,而这正是风电场的理想用途。
海上风电场的效率比陆上风电场更高。
“经验表明,由于没有障碍物,水面风阻也更小,海上风电场的发电量比陆上风电场高出15%至20%。”叶夫根尼·索洛明教授说道,“此外,任何核电站都需要冷却,而靠近海洋的环境可以有效地实现冷却。”因此,将核电站建在陆上,并利用海上风电场进行本地冷却和备用供电,是一个极具吸引力和前景的项目。
在太平洋和北冰洋部署风电场将加速俄罗斯远北地区的开发。然而,北极地区的开发表明,在这些条件下发电不仅困难,而且由于燃料运输困难,在某些地区甚至根本无法发电。在这些条件下发电的唯一解决方案是建设风电场,风电场可以建在沿海地区,包括为北方海航道沿线的航行提供服务。



