關鍵詞:5MW 海上風電機組;分體式吊裝;高樁承臺;海上運維
1 概況
海上風力發電最近幾年是國家鼓勵的方向,從上海東海大橋海上風電一期、二期項目、江蘇響水和臨港海上風電項目開始,各地的海上風電正在如火如荼的建設中。莆田平海灣50MW 海上風電場是福建省第一個獲得核準的海上風電場項目,也是國內第一個大容量5MW 風機海上風電機組商業化運行的風電場。作為同一時期的海上風電項目,上海東海大橋項目與江蘇響水等項目與莆田平海灣海上風電項目,雖同為海上風力發電,卻有著截然不同的自然條件和技術水平。不同的地質情況和風機選型結果導致海上風電機組的設計,無論是從風機基礎、機組設計、安裝方式等來說差異巨大,無法完全復制使用。
2 風機基礎型式
?。?)氣象條件。風資源是風電場選址的首要考慮因素,平均風速、主導風向、風功率等風能評估參數在一定程度反映當地風能資源的參數。目前已建成的陸上風電風速平均在5 ~ 8m/s,上海、江蘇海上的平均風速在8m/s 左右,而莆田平海灣海域的平均風速可達10m/s 以上,可利用可達3500 小時。因此為更好的利用風資源,莆田平海灣海上風電場的風機可以往更大型化發展,但另一方面也意味著在施工過程中存在的更大困難。根據近3 年的施工情況,福建省沿海地區施工窗口僅有3 ~ 4 個月的時間,一般為3 ~ 6 月間;從7 月份開始,臺風、季風的影響較為明顯,1 個月有效施工時間僅為數天,陸上風電則不存在受此類困難影響。
?。?)機位地質情況。上海和江蘇多為淤泥沉積形成,因此風機基礎地質松散,利用單樁型式可以打到60 ~ 70m 以提供足夠穩定的承載力。而福建沿海地帶則多為風化巖,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”問題,給基礎施工造成諸多不利因素。
?。?)基礎設計。陸上風電場基礎型式從結構型式上主要分為重力擴展式、梁板式、高臺柱式、樁—承臺式、沉筒式、復合式六種型式,型式較為簡單,施工工藝成熟。根據海上風機基礎的特殊性,海上風電場風機基礎多采用重力固定式、支柱固定式及浮置式基礎,目前國內掌握海上風機基礎施工的單位并不多,多為中交系統內部單位。同為海上風電,上海東海大橋風機基礎為八樁高承臺,江蘇響水風機基礎多為單樁型式,而莆田平海灣海上風電基礎采用多樁高承臺,基礎型式的變化主要由根據項目勘察階段的地質鉆探結果決定。
3 風機投運
?。?)風機生產。風機選型結果關系著風電場后續運維成本,風機越可靠運維成本越低。另外,從風機中標到首批風機到貨一般需要12 個月左右的時間,廠商的生產能力和供貨周期在開發海上風電場需要著重考慮。目前國內海上風電機組可選的廠商數量較少,特別是5MW 及以上有批量生產經驗的風電機組生產廠商更是稀少。國外風機廠商在國內銷售的也僅有兩三家,遠遠無法滿足國內日益發展的海上風電事業需要。
?。?)吊裝方案。東海大橋地處長江出???,水流流速較快;莆田平海灣海域處于臺灣海峽,水流較緩,但存在涌浪等現象;這些對風機吊裝方案的選擇會造成影響。東海大橋項目采用整體式吊裝,吊裝效率較高,但操作難度和施工環境要求較高,適合海面較為平穩的吊裝環境;平海灣海域涌浪大,可施工窗口短,無法滿足整體式吊裝的環境要求,故采用分體式吊裝方案。
![](http://www.al-hams.com/file/upload/201706/21/154123296.jpg)
![](http://www.al-hams.com/file/upload/201706/21/154136926.jpg)
4 風機運維
?。?)防腐問題。海上腐蝕是海上工程重點考慮的一個問題,從風機基礎鋼管樁、混凝土承臺、風電機組設備都要求按照海工重防腐標準進行處理。鋼管樁外部可涂海工涂料并加裝陰極保護進行防腐;混凝土承臺必須用具有一定防腐能力的混凝土;風電機組設備在設計階段要用高于普通陸上風電的防腐標準,充分考慮海上的潮濕環境進行設計。
?。?) 運維方案。批量的5MW 風機投入運行,在國內尚屬首例,目前已并網,風機發電情況良好,基本能達到100% 利用率, 但風機在各種工況條件下的發電情況還有待后續觀察研究??紤]到未來風電機組運維方案,主要問題集中在風機定期維護和防臺措施。風機定期維護是在風機操作停機的情況下對風機各部件進行檢查、維護、保養,目的是為了使設備保持最佳狀態,延長風機的使用壽命。風機定期維護的難點在于運維船只,國內目前專業的風機運維船不到10 艘,遠遠達不到國內海上風電運維的需求。莆田平海灣海域地處臺灣海峽地區,每年夏秋季節臺風多發,因臺風期間風速湍流強度高,雨量大,同時風電場所處海域潮差大,風機易受到大潮沖擊,防臺防汛、防大潮工作尤為重要。就今年1 號“尼伯特”臺風及第14 號“莫蘭蒂”臺風從福建登陸,風場均受到不同程度影響,在臺風尚未登陸前就已啟動暴風停機模式。
5 結語
海上風電與陸上風電相比,易受海浪、霧氣、臺風等影響,單位千瓦造價高、施工難度大、維護較困難,但風機占地面積小,風輪直徑大,可以有效利用風能發電,項目收益率高,快速收回投資。對于海上風電來說,風電機組的可靠性至關重要,可靠的風機可以大大減少運維成本。目前國際已有8MW 的海上風電機組投入運行,但國內上最大容量海上風電機組為6MW,發展速度相對緩慢。另外,風電機組的維護策略也是有一定影響,國外風機廠商最近幾年一直在實施保養替代定期檢修的策略,使國外的風機維護工作量相比國內少非常多,故障率也低,這點對國內有一定的借鑒意義。