海上风电工程施工技术及其发展趋势分析

海上风电工程施工技术及其发展趋势分析

袁艺

中电建新能源集团有限公司

摘要：风电技术成熟、有经济竞争力，除可提供电能量外，其全天候发电特性还可提供一定的电容量支撑，是构建新型电力系统不可或缺的电源。近10年来，我国风电技术进步、成本下降、市场规模增加，都超过国内外诸多机构预期。“十四五”时期，在风电进入无补贴平价上网阶段后，技术更新提速，目前新增陆上风电机型以5兆瓦及以上为主，海上风电单机16兆瓦机组拟于明年并网发电，海上风电呈蓬勃发展态势。同时，海上风电工程的施工技术得到了广泛的关注和研究。海上风电工程施工技术涉及多个学科领域，包括风力学、结构力学、海洋工程学等，涵盖了从风机组件制造到海上安装等多个环节。在复杂的海域环境条件下，海上风电工程施工存在许多挑战，如风浪大、水深深等，对施工技术提出了较高的要求。因此，研究海上风电工程的施工技术，对于提高施工效率、降低成本、保证施工安全具有重要意义。

关键词：海上风电工程；施工技术；发展趋势；分析

1海上风电工程施工技术

1.1海上风电工程施工技术的基本原理和主要方法

海上风电工程施工技术是实现海上风电项目建设的关键环节，其主要任务是将风力发电机组、电力变压器等设备安装到预定的水下基础上，并进行调试和运行。海上风电工程的施工技术主要包括水下基础施工、设备安装与拆卸、电缆敷设、电气调试等。

水下基础施工是海上风电工程施工的第一步，也是最关键的环节。一般采用桩基、浮球基或者半悬空基作为水下基础，通过施工船进行安装。大多数海上风电场都采用桩基作为水下基础，桩基施工是利用钢管或者钢筋混凝土桩将风力发电机组安装在海底，以提供稳定的支撑。

设备安装与拆卸主要包括风力发电机组、电力变压器等大型设备的吊装和吊卸。这一环节需要借助起重设备和吊装船舶，通过合理的作业计划和先进的施工技术，实现设备的安全、高效安装和拆卸。

电缆敷设是将风力发电机组与陆地电网进行连接的重要环节。电缆敷设涉及到海底电缆的铺设和固定，主要通过敷设船进行操作。随着海上风电场的发展，海底电缆敷设技术也在不断创新，例如采用水下机器人辅助敷设，提高作业效率和质量。

电气调试是保证风力发电系统正常运行的重要环节。电气调试包括对各个设备进行电气连接和系统的调试工作，确保发电机组、变压器和电缆等设备之间的配合和协调，最终实现海上风电系统的安全、稳定运行。

1.2海上风电工程施工技术的优势和挑战

海上风电工程施工技术的发展和应用具有以下优势：巨大的风能资源潜力：海上风电场可以利用广阔的海洋面积，获得更加充沛的风能资源，相比陆上风电场具有更高的风能利用率和发电量。减少土地使用：相比传统的能源项目，海上风电工程不需要大量占用土地资源，可以减轻对陆地生态环境的压力。便于建设海上风电集群：海上风电工程具有模块化和集群化的特点，可以更好地实现规模化建设和运营管理，降低成本。

然而，海上风电工程施工技术也面临着一些挑战：复杂的工程环境：海上风电工程施工环境复杂，包括强风、大浪、海洋冰冻等极端天气条件，增加了施工难度和风险。高成本：相比陆上风电工程，海上风电工程施工的成本较高，包括设备运输、施工船舶以及维护费用等方面。施工技术要求高：海上风电工程施工要求设备运输、安装等环节的精密控制，需要先进的技术手段和经验。

因此，海上风电工程施工技术在不断发展和创新的同时，还需要解决上述挑战，并形成一整套成熟可靠的技术体系，以保证海上风电工程的安全高效运行。

2海上风电工程施工技术的发展趋势

2.1施工技术的创新和发展

2.1.1风电机组的大型化和智能化

随着海上风电工程的发展，风电机组的大型化成为了一种趋势。这是因为大型化可以提高发电效率，减少单位成本，同时降低对土地的占用。另一方面，智能化也是风电机组发展的重要方向。通过引入智能控制系统，可以实现对风电机组的远程监控、故障诊断和预测性维护，提高其可靠性和稳定性。

2.1.2海底电缆的直流化和柔性化

海底电缆是海上风电工程的重要组成部分，其性能直接影响到风电场的运行效率和稳定性。直流化可以提高海底电缆的输电效率，减少线损，降低运行成本。柔性化则可以提高海底电缆的抗弯曲能力，减少对施工和运维的影响。

2.1.3无人机和机器人在施工中的应用：

无人机和机器人在海上风电工程施工中的应用，可以大大提高施工效率和安全性。无人机可以进行远程巡检，快速发现和处理问题，降低人工巡检的风险。机器人则可以进行海底作业，如铺设电缆、检查设备等，降低人工成本和风险。

2.2施工技术的标准化和规范化

2.2.1国际和国内标准的研究和制定

在国际层面，IEC（InternationalElectrotechnicalCommission，国际电工委员会）和ISO（InternationalOrganizationforStandardization，国际标准化组织）等国际标准化组织已经发布了若干海上风电工程相关的标准。例如，IEC61400-12《海上风力发电机组设计、施工和运行》是国际上公认的海上风电工程设计、施工和运行的基本标准。此外，各个国家和地区的海上风电产业也在制定适合本地区实际情况的标准。

在国内层面，我国海上风电工程施工技术标准体系也在逐步完善。国家能源局、国家标准化管理委员会等部门陆续发布了一系列海上风电工程相关的国家标准和行业标准，如《海上风电场工程设计规范》、《海上风电场工程施工及验收规范》等。这些标准的制定为我国海上风电工程施工提供了技术指导。

2.2.2施工质量管理体系的建立和完善

为了确保施工质量，海上风电工程施工企业需要建立健全的质量管理体系。这些体系应涵盖项目策划、设计、采购、施工、调试、验收等各个环节，从而确保项目按照既定目标顺利进行。质量管理体系的建立和完善需要借鉴国际先进的管理理念和方法，如ISO9001质量管理体系标准。通过质量管理体系的运行，企业可以持续改进施工技术和管理水平，提高工程质量和效益。

2.2.3施工技术培训和技能提升

随着海上风电工程施工技术的不断发展，对施工人员的技能要求也越来越高。因此，施工企业需要重视员工的技术培训和技能提升，以适应行业发展需求。企业可以通过内部培训、外部培训、技能大赛等形式，提高员工的专业技能和综合素质。此外，企业还可以与高校、科研院所等进行合作，共同培养高素质的海上风电工程施工技术人才。

2.3施工技术的绿色和可持续发展

2.3.1施工过程中的能源回收和再利用

海上风电工程施工技术的不断发展和成熟，为我国能源结构转型和海洋经济可持续发展提供了重要支持。然而，在施工过程中，海上风电工程也对海洋环境和生态系统产生了一定的影响。本文将从以下几个方面分析施工对海洋环境和生态系统的影响，并提出相应的应对措施。

2.3.2施工对海洋生态系统的影响

海上风电工程施工过程中，需要进行海底电缆铺设、基础施工、风机安装等作业，这些活动不可避免地破坏了原有的海洋生态系统。首先，施工过程中会产生大量的悬浮物，悬浮物会降低海水透明度，影响海洋植物的光合作用，进而影响整个海洋生态系统的能量流动和物质循环。其次，施工设备在运行过程中会产生噪声，噪声会对海洋生物产生不利影响，导致生物栖息地丧失和生物多样性的降低。

2.3.3施工对海洋环境的影响

海上风电工程施工过程中，可能会对海洋环境产生以下几方面的影响：（1）海水污染：施工过程中，可能会发生油料泄漏等事故，导致海水受到污染；（2）海岸线侵蚀：风机基础施工和海底电缆铺设过程中，可能会对海岸线造成侵蚀，影响沿海地区的生态环境；（3）海洋地形变化：施工过程中，海底地形可能会发生变化，影响海水流动和潮汐变化，从而影响沿海地区的生态环境。

结束语

综上所述，海上风电工程施工技术是海上风电产业发展的重要支撑，未来需要不断探索和应用新技术，提高施工效率和质量，实现绿色和可持续发展。

参考文献

[1] 海上风电大直径钢管桩起吊施工技术研究. 雷传;范肖峰;张震宇.水电与新能源,2022

[2] 浅谈海上平台起重吊装作业安全管理. 陈刚.中国石油和化工标准与质量,2021

[3] 海上风电安装船安全管理探讨. 刘占山;于徽;李能斌;唐思远;高红鹰;曾晓芹;张永康.水上消防,2021