我国海上风电场发展与建设

我国海上风电场发展与建设

于荷1   ,姜慧楠2 ,刘甜甜1

1国网江苏省电力有限公司连云港市供电分公司 江苏连云港 222000

2陕西中烟工业有限责任公司汉中卷烟厂 陕西汉中732000

摘要：阐述了海上风电场的发展现状及未来规划。分析了海上风电机组的结构特点，对海上风电场的运行维护工作提出了更高的要求。由于海上工作环境恶劣，要求风机有很高的可靠性，展望了海上发电厂的发展的前景，提出了对未来海上风电场发展建议。

关键词：海上风电场；发展；基础建设；运行维护

中图分类号： TK89                    文献标志码：A

1  我国海上风电场现状与分析

1.1 海上风电场的现状

中国可利用的风能资源达到1400GW，其中海上风能资源大约占4/7。目前已经建成最大的海上风电场是上海东海大桥海上风电场，该项目工程中实现了技术的改进和创新，为以后的海上风电场建设提供了参照。风电场总装机容量为102 MW采用34台3MW风机，采用了四脚架组合式基础的风机基础结构，适用于东海近海自然条件[1-3]。

1.2 海上风电场发展的分析

同欧洲国家相比，我国的海床条件特殊，淤泥较多，且在东南部沿海每年都会多次出现台风，要求风电机的叶片以及支撑结构都要考虑承风性与承重性。与陆地风资源相比，海上风资源评估还存在着潮汐、波浪和水深分布等因素的影响，因此在建设海上风电场之前，首先要建设测风塔获取1-2年的风资源信息，然后结合长期的气象站资料、海港附近的船线、船舶资料等进行详细的风电场资源评估[2]。

2  海上风电场的建设

2.1 近海风电场选址

风电场的选址对风电场的建设成本有着直接的影响，是控制海上投资风险的决定性环节。选址主要有宏观选址与微观选址。在进行宏观选址时，主要考虑即将建设的风电场要与当地区域电网相匹配，风力情况、水深水质以及生态环境等因素。微观选址主要考虑海上风电场尾流与风机排列等问题，对区域内可能存在的因素进行详细的分析，找出最优控制，使得海上利益最大化。

2.2 风叶片

海上风电机通常安装3片叶片，组装叶片对海上风电场建设来说是棘手的，叶片要承受不同的风力，便要求材料足够坚硬，其尺寸与重要造成了在海上运输与组装的困难。而且叶片组装过程中出现损坏后很难修复，因此尽可能的一次性完成工作减少成本。目前叶片长度在45-60m之间，相应的风机容量在3-5MW之间[2]。

2.3 风机基础结构

海上风机具有重心高、承受较大的水平力和弯矩等特点，风机的受力情况受海床、海风、海浪等诸多因素影响。目前，海上风电机的基础结构主要有桩基础、沉垫式基础、重力式基础、负压桶式基础等[3-6]。

桩基础：桩基础主要用来支撑甲板荷载与抵抗环境荷载对结构的作用，要求海洋平台的桩基要能够有抵挡风、浪、流等较大的荷载。桩基础制造简单，但是对海底地质条件和水深的约束较大，灵活性不强，导致安装费用过高。

沉垫式基础：沉垫式基础可用于坐底式、自升式平台，直接坐在海底地基上。沉垫属于沉箱基础，需要得到良好的基支撑，加设裙板防止其滑移。沉垫式基础的关在在于解决好平台的冲刷与滑移、淤泥地基基础沉降与基底吸附力问题。

重力式基础：重力式基础主要应用于混凝土重力式平台，由上下部结构与基础组成。依靠自身的重力抵抗环境荷载，适用于较硬的黏土或叫密实的砂土，一般用在在水深100~200m之间。

负压桶基式基础[7]：桶基是一个上端封闭，下端开口的圆筒，顶部留有抽水孔以连接抽水系统。因自身重量可以沉入海底的一定深度，形成初始密封条件，此后通过桶内抽水形成内外压差使结构下沉至设计深度。其优点在于利用水的内外压差使得基础结构达到目的深度，从而减少了材料的使用，降低了成本。

2.4 海上风机安装

海上风机安装是海上风电场建设的重要环节，施工困难且成本代价高。目前，世界上海上风机安装有海上整机吊装与分体吊装两种。海上整体吊装避免了在海上工作时的局限性，但在海上安装时不可避免的遇到起吊的稳定性与安全性难以保证的问题。海上分体吊装时，最大的要求就是船舶航线的可靠性，保障海上风机吊装时有效工作时间。目前，国内尚无稳定支配系统来满足海上分体吊装。

2.5 海上风电场的运行维护

受恶劣天气影响，海上风电场在发生故障时，维修人员可能因天气与船舶航线等原因需要乘坐快艇或者直升机到达风电场。因此，海上风机的可进入性是及时实现海上运行维护的关键。

海上风电场的维护的有：①根据时间表计划并实施维护；②计划外维护；③主要部件失效需要更换时维护。通过对海上风电场的运行与维护的研究，从而结合海上风电场的气象水文规律、维护成本、人力成本以及年发电量等参数，最终得到最有益的运行维护方案来取得最大的经济效益。

3海上风电前景展望与建议

我国海上风电场正在发展中，海上风电产业也将成为一个长期的发展方向。基于我国海上风电的发展，突出以下建议。

（1）海上风电场的成功建设需要政府与海上风电场建设的多方面人员的配合。可以建立一个完整的安装海上风电场的体系，统筹好时间安排，让风电场业主、设计师、供应商等形成流水线的服务，这样在建设的过程中各司其职协调合作，确保信息共享与更新，这样减少时间并且提高了安装的正确率。

（2）加大海上工作的监管力度。在海上设备发生故障时维护工作很不方便，在生产原材料以及组装风机的过程中需要严谨工作，以防止财产损失与人员事故。建立高效的海上部门管理机制，创造安全健康的工作环境。

（3）制定相关的海上风电场装设指南与技术制定标准等，形成中国特色的完整的一套海上风电场体系。

4结 语

21世纪是新能源的时代，在电力市场中，海上风电场的风能资源丰富，相比较陆地风机来说，更能有效地利用风资源。对于安装在我们“三北”地区的风能不能消纳，但沿海地区是负荷高区。所以海上风电场有着很大的发展潜力。但目前海上风电场的安装与故障预测技术需要进一步加强，通过对建设海上风电场的各项工作的研究，总结先进的安装经验，探究先进成熟的技术使海上风电场能既经济又高效的运行。

参考文献:

[1] 葛川,何谈平.海上风电场的发展、构成和基础形式[J].上海交通大学,2008,23(6):32-35.

[1] 刘林,葛旭波. 我国海上风电发展现状及分析[J].能源技术经济,2012,03:67-71.

[2] 李靖,王晓东.东海大桥海上风电场开发经济分析[J].上海电力,2007,2:151-153.

[3] 辛华龙.中国海上风能开发研究展望[J].中国海洋大学学报,2010,40(6):147-151.

[4] 张超然,李靖,刘星.海上风电场建设重大工程问题探讨[J].中国工程科学,2010,12(11):10-15.

[5] 薛清梅,王金柱. 大型海上风力发电的开发[J].发电设备,2007(2).

[6] Van Wingerde A M, Van Deflt D R V , Packer J A, et al. Survey of support structured,2006,50,(SPEC):49-55.

[7] DNV-OS-J101, Design of offshore wind turbine structures[S].2004.