連兵兵，周翔

（福建中閩海上風(fēng)電有限公司，福建 泉州 362000）

海上風(fēng)電場(chǎng)5MW風(fēng)機(jī)建設(shè)分析

連兵兵，周翔

（福建中閩海上風(fēng)電有限公司，福建 泉州 362000）

莆田平海灣50MW海上風(fēng)電場(chǎng)是國(guó)內(nèi)第一個(gè)建成并投運(yùn)的大容量風(fēng)機(jī)海上風(fēng)電場(chǎng)。本文結(jié)合近幾年來(lái)莆田平海灣海域海上風(fēng)電場(chǎng)的建設(shè)情況，從風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)型式、風(fēng)機(jī)吊裝調(diào)試和后續(xù)風(fēng)機(jī)運(yùn)維工作的開(kāi)展了分析總平海灣海上風(fēng)電場(chǎng)與與陸上風(fēng)電、江蘇海上風(fēng)電等在建設(shè)中的同之處，為后續(xù)海上風(fēng)電場(chǎng)的建設(shè)提供借鑒。

5MW海上風(fēng)電機(jī)組；分體式吊裝；高樁承臺(tái)；海上運(yùn)維

1 概況

海上風(fēng)力發(fā)電最近幾年是國(guó)家鼓勵(lì)的方向，從上海東海大橋海上風(fēng)電一期、二期項(xiàng)目、江蘇響水和臨港海上風(fēng)電項(xiàng)目開(kāi)始，各地的海上風(fēng)電正在如火如荼的建設(shè)中。莆田平海灣50MW海上風(fēng)電場(chǎng)是福建省第一個(gè)獲得核準(zhǔn)的海上風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目，也是國(guó)內(nèi)第一個(gè)大容量5MW風(fēng)機(jī)海上風(fēng)電機(jī)組商業(yè)化運(yùn)行的風(fēng)電場(chǎng)。作為同一時(shí)期的海上風(fēng)電項(xiàng)目，上海東海大橋項(xiàng)目與江蘇響水等項(xiàng)目與莆田平海灣海上風(fēng)電項(xiàng)目，雖同為海上風(fēng)力發(fā)電，卻有著截然不同的自然條件和技術(shù)水平。不同的地質(zhì)情況和風(fēng)機(jī)選型結(jié)果導(dǎo)致海上風(fēng)電機(jī)組的設(shè)計(jì)，無(wú)論是從風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)、機(jī)組設(shè)計(jì)、安裝方式等來(lái)說(shuō)差異巨大，無(wú)法完全復(fù)制使用。

2 風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)型式

（1）氣象條件。風(fēng)資源是風(fēng)電場(chǎng)選址的首要考慮因素，平均風(fēng)速、主導(dǎo)風(fēng)向、風(fēng)功率等風(fēng)能評(píng)估參數(shù)在一定程度反映當(dāng)?shù)仫L(fēng)能資源的參數(shù)。目前已建成的陸上風(fēng)電風(fēng)速平均在5～8m/s，上海、江蘇海上的平均風(fēng)速在8m/s左右，而莆田平海灣海域的平均風(fēng)速可達(dá)10m/s以上，可利用可達(dá)3500小時(shí)。因此為更好的利用風(fēng)資源，莆田平海灣海上風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)機(jī)可以往更大型化發(fā)展，但另一方面也意味著在施工過(guò)程中存在的更大困難。根據(jù)近3年的施工情況，福建省沿海地區(qū)施工窗口僅有3～4個(gè)月的時(shí)間，一般為3～6月間；從7月份開(kāi)始，臺(tái)風(fēng)、季風(fēng)的影響較為明顯，1個(gè)月有效施工時(shí)間僅為數(shù)天，陸上風(fēng)電則不存在受此類(lèi)困難影響。

（2）機(jī)位地質(zhì)情況。上海和江蘇多為淤泥沉積形成，因此風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)地質(zhì)松散，利用單樁型式可以打到60～70m以提供足夠穩(wěn)定的承載力。而福建沿海地帶則多為風(fēng)化巖，樁打到四五十米深就能夠提供足夠的承載力；另外福建沿海存在“孤石”問(wèn)題，給基礎(chǔ)施工造成諸多不利因素。

（3）基礎(chǔ)設(shè)計(jì)。陸上風(fēng)電場(chǎng)基礎(chǔ)型式從結(jié)構(gòu)型式上主要分為重力擴(kuò)展式、梁板式、高臺(tái)柱式、樁—承臺(tái)式、沉筒式、復(fù)合式六種型式，型式較為簡(jiǎn)單，施工工藝成熟。根據(jù)海上風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)的特殊性，海上風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)多采用重力固定式、支柱固定式及浮置式基礎(chǔ)，目前國(guó)內(nèi)掌握海上風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)施工的單位并不多，多為中交系統(tǒng)內(nèi)部單位。同為海上風(fēng)電，上海東海大橋風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)為八樁高承臺(tái)，江蘇響水風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)多為單樁型式，而莆田平海灣海上風(fēng)電基礎(chǔ)采用多樁高承臺(tái)，基礎(chǔ)型式的變化主要由根據(jù)項(xiàng)目勘察階段的地質(zhì)鉆探結(jié)果決定。

3 風(fēng)機(jī)投運(yùn)

（1）風(fēng)機(jī)生產(chǎn)。風(fēng)機(jī)選型結(jié)果關(guān)系著風(fēng)電場(chǎng)后續(xù)運(yùn)維成本，風(fēng)機(jī)越可靠運(yùn)維成本越低。另外，從風(fēng)機(jī)中標(biāo)到首批風(fēng)機(jī)到貨一般需要12個(gè)月左右的時(shí)間，廠(chǎng)商的生產(chǎn)能力和供貨周期在開(kāi)發(fā)海上風(fēng)電場(chǎng)需要著重考慮。目前國(guó)內(nèi)海上風(fēng)電機(jī)組可選的廠(chǎng)商數(shù)量較少，特別是5MW及以上有批量生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)的風(fēng)電機(jī)組生產(chǎn)廠(chǎng)商更是稀少。國(guó)外風(fēng)機(jī)廠(chǎng)商在國(guó)內(nèi)銷(xiāo)售的也僅有兩三家，遠(yuǎn)遠(yuǎn)無(wú)法滿(mǎn)足國(guó)內(nèi)日益發(fā)展的海上風(fēng)電事業(yè)需要。

（2）吊裝方案。東海大橋地處長(zhǎng)江出?？?，水流流速較快；莆田平海灣海域處于臺(tái)灣海峽，水流較緩，但存在涌浪等現(xiàn)象；這些對(duì)風(fēng)機(jī)吊裝方案的選擇會(huì)造成影響。東海大橋項(xiàng)目采用整體式吊裝，吊裝效率較高，但操作難度和施工環(huán)境要求較高，適合海面較為平穩(wěn)的吊裝環(huán)境；平海灣海域涌浪大，可施工窗口短，無(wú)法滿(mǎn)足整體式吊裝的環(huán)境要求，故采用分體式吊裝方案。

圖1 風(fēng)機(jī)安裝船現(xiàn)場(chǎng)定位分布

（3）風(fēng)機(jī)吊裝。平海灣一期項(xiàng)目采用湘電XE128-5MW型風(fēng)機(jī)，風(fēng)電機(jī)組分為基礎(chǔ)環(huán)、塔筒、機(jī)艙、發(fā)電機(jī)、輪轂和葉片六個(gè)部分，其中基礎(chǔ)環(huán)在風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)施工過(guò)程中已預(yù)埋。平海灣項(xiàng)目風(fēng)機(jī)分體式吊裝要求塔筒、機(jī)艙和發(fā)電機(jī)吊裝在8m/s的風(fēng)況下才允許吊裝，輪轂和葉片在7m/s的風(fēng)況下才允許拼裝、吊裝，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)間統(tǒng)計(jì)一臺(tái)風(fēng)機(jī)完成吊裝需要4～5個(gè)工作日（圖1）。

表1 海上作業(yè)時(shí)各部件安裝工況表

（4）風(fēng)機(jī)調(diào)試。風(fēng)電機(jī)組調(diào)試一般分為靜態(tài)調(diào)試和動(dòng)態(tài)調(diào)試，靜態(tài)測(cè)試主要為風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)與升壓變電站、風(fēng)電機(jī)組及各部件子系統(tǒng)的信號(hào)測(cè)試；動(dòng)態(tài)測(cè)試包含安全鏈和功能性測(cè)試，調(diào)試需要時(shí)間一般為7到8個(gè)有效工作日時(shí)間。

4 風(fēng)機(jī)運(yùn)維

（1）防腐問(wèn)題。海上腐蝕是海上工程重點(diǎn)考慮的一個(gè)問(wèn)題，從風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)鋼管樁、混凝土承臺(tái)、風(fēng)電機(jī)組設(shè)備都要求按照海工重防腐標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行處理。鋼管樁外部可涂海工涂料并加裝陰極保護(hù)進(jìn)行防腐；混凝土承臺(tái)必須用具有一定防腐能力的混凝土；風(fēng)電機(jī)組設(shè)備在設(shè)計(jì)階段要用高于普通陸上風(fēng)電的防腐標(biāo)準(zhǔn)，充分考慮海上的潮濕環(huán)境進(jìn)行設(shè)計(jì)。

（2）運(yùn)維方案。批量的5MW風(fēng)機(jī)投入運(yùn)行，在國(guó)內(nèi)尚屬首例，目前已并網(wǎng)，風(fēng)機(jī)發(fā)電情況良好，基本能達(dá)到100%利用率，但風(fēng)機(jī)在各種工況條件下的發(fā)電情況還有待后續(xù)觀(guān)察研究。考慮到未來(lái)風(fēng)電機(jī)組運(yùn)維方案，主要問(wèn)題集中在風(fēng)機(jī)定期維護(hù)和防臺(tái)措施。風(fēng)機(jī)定期維護(hù)是在風(fēng)機(jī)操作停機(jī)的情況下對(duì)風(fēng)機(jī)各部件進(jìn)行檢查、維護(hù)、保養(yǎng)，目的是為了使設(shè)備保持最佳狀態(tài)，延長(zhǎng)風(fēng)機(jī)的使用壽命。風(fēng)機(jī)定期維護(hù)的難點(diǎn)在于運(yùn)維船只，國(guó)內(nèi)目前專(zhuān)業(yè)的風(fēng)機(jī)運(yùn)維船不到10艘，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到國(guó)內(nèi)海上風(fēng)電運(yùn)維的需求。莆田平海灣海域地處臺(tái)灣海峽地區(qū)，每年夏秋季節(jié)臺(tái)風(fēng)多發(fā)，因臺(tái)風(fēng)期間風(fēng)速湍流強(qiáng)度高，雨量大，同時(shí)風(fēng)電場(chǎng)所處海域潮差大，風(fēng)機(jī)易受到大潮沖擊，防臺(tái)防汛、防大潮工作尤為重要。就今年1號(hào)“尼伯特”臺(tái)風(fēng)及第14號(hào)“莫蘭蒂”臺(tái)風(fēng)從福建登陸，風(fēng)場(chǎng)均受到不同程度影響，在臺(tái)風(fēng)尚未登陸前就已啟動(dòng)暴風(fēng)停機(jī)模式。

5 結(jié)語(yǔ)

海上風(fēng)電與陸上風(fēng)電相比，易受海浪、霧氣、臺(tái)風(fēng)等影響，單位千瓦造價(jià)高、施工難度大、維護(hù)較困難，但風(fēng)機(jī)占地面積小，風(fēng)輪直徑大，可以有效利用風(fēng)能發(fā)電，項(xiàng)目收益率高，快速收回投資。對(duì)于海上風(fēng)電來(lái)說(shuō)，風(fēng)電機(jī)組的可靠性至關(guān)重要，可靠的風(fēng)機(jī)可以大大減少運(yùn)維成本。目前國(guó)際已有8MW的海上風(fēng)電機(jī)組投入運(yùn)行，但國(guó)內(nèi)上最大容量海上風(fēng)電機(jī)組為6MW，發(fā)展速度相對(duì)緩慢。另外，風(fēng)電機(jī)組的維護(hù)策略也是有一定影響，國(guó)外風(fēng)機(jī)廠(chǎng)商最近幾年一直在實(shí)施保養(yǎng)替代定期檢修的策略，使國(guó)外的風(fēng)機(jī)維護(hù)工作量相比國(guó)內(nèi)少非常多，故障率也低，這點(diǎn)對(duì)國(guó)內(nèi)有一定的借鑒意義。

[1]李早、李大均、陳利德、汪宏偉，陸上風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)形式分析[J]，北京，2013.

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