一座海上風電場開發(fā)的啟示錄

本刊 | 夏云峰

近幾年，我國海上風電開發(fā)的節(jié)奏明顯加快。2018年，全國海上風電新增并網(wǎng)容量161萬千瓦，累計并網(wǎng)容量363萬千瓦；在建項目約1100萬千瓦，到2020年有望實現(xiàn)累計并網(wǎng)容量500萬千瓦的規(guī)劃目標。然而，從現(xiàn)狀來看，我國海上風電發(fā)展仍處于經(jīng)驗積累和模式創(chuàng)新的關(guān)鍵時期，此前開發(fā)的一些優(yōu)質(zhì)項目無疑起到了很好的示范作用。已經(jīng)投運并產(chǎn)生良好經(jīng)濟和社會效應(yīng)的華能如東八仙角海上風電場（下稱“八仙角風電場”）就是一個值得我們深入剖析的典型樣本。

最美風電場

日前，《風能》雜志組織的“最美風電場”活動媒體報道組便來到美麗的海濱城市江蘇如東，深入探訪八仙角風電場背后的那些人和事。

對標國家優(yōu)質(zhì)工程

公開資料顯示，八仙角海上風電場的業(yè)主方為華能江蘇清潔能源分公司，項目總裝機容量30萬千瓦，共吊裝70臺海上風電機組，于2017年9月全部并網(wǎng)發(fā)電。

記者在走訪中了解到，這座風電場創(chuàng)造了當時行業(yè)內(nèi)的多項“第一”：它是亞洲已建成的裝機容量最大的海上風電項目；南、北區(qū)兩臺海上升壓站是國內(nèi)第一個“雙胞胎”，實現(xiàn)同時設(shè)計、制造、安裝、并網(wǎng)發(fā)電；連接風電場南區(qū)和北區(qū)的3×110千伏海纜是國內(nèi)最粗的三芯海纜；首次規(guī)模化應(yīng)用5兆瓦海上風電機組……

值得一提的是，由于平均離岸距離達到23公里，該項目還被業(yè)內(nèi)稱為“中國遠海風電項目的領(lǐng)跑者”。

“這是華能集團首個投產(chǎn)的海上風電場，實現(xiàn)集團在海上風電開發(fā)方面從零到一、從無到有的突破，整個項目的運行情況還不錯?！比A能江蘇清潔能源分公司運行維護部副主任、八仙角海上風電場場長周國棟在接受《風能》雜志記者采訪時表示，“它為集團相關(guān)業(yè)務(wù)的后續(xù)發(fā)展奠定良好基礎(chǔ)，讓我們在海上風電項目施工建設(shè)、海洋生態(tài)環(huán)境修復、運維計劃制定和資源調(diào)配等方面積累了寶貴經(jīng)驗。目前，我們正在以講座的形式與負責其他幾個項目的團隊分享?！?/p>

他所說的“運行情況不錯”是有著數(shù)據(jù)支撐的。2018年，在6.7米/秒的年平均風速下，全場年發(fā)電量突破9億千瓦時，年利用小時數(shù)超過3000小時。

而這份成績顯然來之不易。“首個項目”的潛臺詞是無章可循，一切只能摸著石頭過河。自然地理因素進一步加大了建設(shè)難度。場址區(qū)的水流急、潮位變化大，再加上雷雨天氣多，導致船舶的可達性較差，影響了施工和運維效率。

周國棟舉例說，由于潮位因素，有20多個機位點無法全天候到達。其中的四五個機位點，船舶每天更是只能在高潮位前后的兩三個小時靠近它們。

針對這些情況，業(yè)主方制定細致的方案，充分利用有利的天氣條件加快吊裝進度。比如，在天氣狀況較差時，先完成深水區(qū)機位點的作業(yè)，再將難度較大的機位點集中在大潮期進行施工。此外，升壓站建設(shè)、機組預(yù)組裝、基礎(chǔ)密封保護設(shè)計、海纜試驗等都安排在陸上完成，以便減少海上的施工周期。

創(chuàng)新是攻克現(xiàn)有難題的重要手段，這在八仙角海上風電場中得到充分印證，一系列創(chuàng)新性的做法被引入其中。

周國棟向記者著重介紹了“大孤島”模式，即在風電場北區(qū)升壓站配套1臺800千瓦柴油發(fā)電機及三條聯(lián)絡(luò)海纜，確保在特殊工況下風電機組能夠保持正常的偏航、除濕防腐和通信功能。

“我們自項目規(guī)劃起，就是以創(chuàng)建華能集團首個海上‘國優(yōu)工程’和‘示范工程’為目標。因此，在建設(shè)過程中，公司始終狠抓安全管理，并強化現(xiàn)場管控和科技創(chuàng)新。目前，我們正在申報國家優(yōu)質(zhì)工程獎。”他透露。

記者注意到，國家優(yōu)質(zhì)工程獎評選條件中明確要求，除了經(jīng)濟效益，社會效益也必須達到同時期國內(nèi)先進水平。在這方面，華能江蘇清潔能源分公司采取了多重措施。

建設(shè)過程中，業(yè)主方將做好生態(tài)環(huán)境保護視為優(yōu)先事項，通過優(yōu)化場區(qū)設(shè)計、合理安排施工時間等方式，盡可能降低項目開發(fā)對海洋生態(tài)環(huán)境造成的影響。投運后，則按照前期規(guī)劃，迅速啟動生態(tài)環(huán)境修復方案。據(jù)了解，這項投資達到1300萬元，主要用于實施放流魚苗計劃、海洋水質(zhì)調(diào)查、漁業(yè)生態(tài)調(diào)查、鳥類觀測等。其中，放流魚苗計劃為期3年，預(yù)計放流各類魚苗1340余萬尾、日本鰻鱺6.25噸、竹蟶和文蛤苗2.5億粒，可以使海洋生物總量和漁業(yè)資源恢復到施工前的水平。

言及于此，就不得不提這座風電場的另一個行業(yè)“首創(chuàng)”——嘗試在各個機位點設(shè)置應(yīng)急救助點，配備救援呼叫和防寒設(shè)施、飲用水、食物等，作為周邊養(yǎng)殖戶和漁民遇險時的臨時避難所。

在周國棟看來，這一切皆由華能集團的央企身份使然?！把肫蠹缲撝旄Ｉ鐣呢熑魏土x務(wù)。具體到這個風電場，我們努力將其打造成一個兼具良好經(jīng)濟和社會效益的行業(yè)標桿，讓更多人分享到發(fā)展風電所帶來的紅利。”

堅守可靠性的底線

對于風電項目而言，綜合效益的高低很大程度上取決于硬件設(shè)施，尤其是風電機組在運營期的發(fā)電效率和可靠性。

八仙角海上風電場運行著3家整機商的機組，其中的20臺單機容量為5兆瓦的機型由中國船舶重工集團海裝風電股份有限公司（下稱“中國海裝”）制造。當被問及如何評價它們投運以來的表現(xiàn)時，周國棟不吝贊美之詞?！罢w情況非常好，遠遠超出廠家投標時做出的承諾?！?/p>

2018年，這20臺機組發(fā)電3.2351億千瓦時，年利用小時數(shù)為3235小時，可利用率達到98.8%，在全場對標中排名第一。

值得注意的是，這些設(shè)備的配置不盡相同，有19臺H151-5MW機型采用151米的風輪直徑，另外一臺H171-5MW機組的風輪直徑為171米。

記者在檢索此前的相關(guān)報道時注意到，2017年，八仙角海上風電場投運時曾引發(fā)廣泛關(guān)注，不僅實現(xiàn)5兆瓦機型在國內(nèi)的首次批量應(yīng)用，171米的風輪直徑更是創(chuàng)造當時的全球之最，引領(lǐng)大葉輪機型的發(fā)展潮流。

中國海裝工程公司副總經(jīng)理兼海上運維中心總經(jīng)理劉城形象地解釋說，H171-5MW機組的掃風面積相當于3個足球場那么大，足以停下兩架空客A380。其單位千瓦掃風面積為4.59平方米，比當時的主流海上風電機組增加30%以上，在7.56米/秒的年平均風速下，即可使年利用小時數(shù)達到3957小時，“非常適合應(yīng)用于江蘇、山東等長江以北的低風速海域”。

這得到了周國棟的認同，“實際運行中，H171-5MW機型的發(fā)電效率確實高很多，我們的后續(xù)項目會大規(guī)模安裝該機組?！?/p>

據(jù)悉，2018年，八仙角海上風電場中的H171-5MW機組共發(fā)電1978.8萬千瓦時，年利用小時達到3957小時，比其他廠家平均值高出近1000小時。

優(yōu)異的運行表現(xiàn)折射出中國海裝在海上風電機組研發(fā)上的深厚積淀。為外界所不熟知的是，依托以“國家海上風力發(fā)電工程技術(shù)研究中心”為基礎(chǔ)構(gòu)建起的研發(fā)體系，這家企業(yè)早在2010年就著手設(shè)計5兆瓦機組。2012年，2臺樣機并網(wǎng)發(fā)電。而從樣機試運行到小批量投運，則歷時5年。

劉城認為，之所以如此，源于中國海裝對海上風電機組可靠性的執(zhí)著追求。“只有我們認為一款產(chǎn)品已經(jīng)成熟，部件性能非常穩(wěn)定了，才會選擇批量裝機?！?/p>

其間，中國海裝的技術(shù)團隊對樣機進行過多項優(yōu)化，包括引入最新的技術(shù)手段，顯著提升了機組的性能。

例如，在繼承上一代H151-5MW機組先進性的基礎(chǔ)上，H171-5MW機型還應(yīng)用葉根分離載荷、螺栓疲勞載荷計算、變槳軸承設(shè)計迭代分析方法、系統(tǒng)分解等技術(shù)，同時優(yōu)化了增速箱和變槳、偏航軸承齒輪的安全系數(shù)。此外，該機型采用當時全球5兆瓦機組中重量最輕的葉片，主梁為碳纖維真空灌注，主梁厚度及長度均為全球第一。

目前，5兆瓦機型已經(jīng)形成128米、151米、171米等不同風輪直徑規(guī)格的多個型號，6兆瓦平臺也即將推出，能夠很好地滿足我國不同海域的風電開發(fā)需求。同時，該公司還啟動了“10MW級海上風電機組研制與開發(fā)”項目，將進一步豐富其海上風電機組產(chǎn)品譜系。

考慮到隨著海上風電機組日趨大型化，海上運輸和安裝難度也會相應(yīng)增加，中國海裝積極利用中國船舶重工集團公司在船舶制造領(lǐng)域所具有的雄厚實力，正在打造海上風電安裝船。

“我們實際上并不負責施工，但仍希望通過向產(chǎn)業(yè)鏈上下游延伸，加快推動我國海上風電生態(tài)體系走向成熟?！眲⒊菑娬{(diào)。

下一站：智慧運維

海上風電運維后市場是中國海裝當下持續(xù)發(fā)力的重點方向，一個標志性節(jié)點是海上運維中心的成立，八仙角海上風電場則在加速這一進程中起著重要的推動作用。

“這個項目對于我們優(yōu)化運維服務(wù)業(yè)務(wù)的意義在于：增強了人員的技能，搭建起運維船舶管理體系、安全體系、備件儲備體系，提升了智能化運維水平。”劉城表示。

目前，八仙角海上風電場已經(jīng)進入質(zhì)保期，現(xiàn)場共有10余名的中國海裝售后人員，業(yè)主方則配備11名運維人員。前者的服務(wù)水平得到周國棟的肯定?！?0臺機組的日常檢修由他們自己的工程公司負責，團隊的實力還是很強的。這些現(xiàn)場人員付出了大量汗水，在整個過程中沒有掉過鏈子?！?/p>

優(yōu)秀的職業(yè)素養(yǎng)源自于完善的培訓體系以及嚴格的制度要求。除了必須獲得“四小證”、登高證等資質(zhì)證件，中國海裝會對現(xiàn)場人員開展諸多培訓，內(nèi)容涉及機組理論知識、海洋環(huán)境以及急救等。

記者獲悉，該公司還依托八仙角海上風電場，在位于如東的江蘇總裝基地設(shè)立運維培訓中心，組織新員工到現(xiàn)場參加為期三個月以上的實訓，為海上風電業(yè)務(wù)發(fā)展儲備人才。

對于出海作業(yè)，中國海裝和業(yè)主方都深知其中隱藏著諸多風險，因此制定了周密的防范機制。出海前，開展安全教育，并組織相關(guān)考試。出發(fā)和歸來時均需登記，記錄期間的檢修情況。作業(yè)過程中，要求必須有完備的安全措施才能登高。應(yīng)急預(yù)案自然也是不可或缺的。

據(jù)劉城介紹，鑒于歐洲海上風電起步早，培訓機制和安全標準較為完備，中國海裝目前正在與一些國外機構(gòu)就此展開合作。

在注重人員培養(yǎng)的同時，這家企業(yè)還大力構(gòu)建智慧運維體系，從重慶總部到各個風電場，一條數(shù)字化之路已經(jīng)打通。

據(jù)了解，八仙角海上風電場的所有機組都已經(jīng)接入中國海裝在重慶總部打造的LiGa大數(shù)據(jù)平臺?；趦?nèi)嵌的全場機組健康狀態(tài)模型，通過將之與采集到的實際運行數(shù)據(jù)對比，如果某個參數(shù)出現(xiàn)異常，系統(tǒng)會自動作出預(yù)測，生成運維工單傳至現(xiàn)場，從而實現(xiàn)預(yù)防性維護。

在現(xiàn)場，售后人員打開手機客戶端就可以接收運維計劃，上面詳細列明工作的時間、地點、內(nèi)容等信息。運維小組還能夠通過該軟件完成安全學習，包括工作環(huán)境中的危險源識別，并在每項任務(wù)結(jié)束后及時進行總結(jié)。

當然，推進這項工作的并不是只有中國海裝，業(yè)主方也基于自主開發(fā)的大數(shù)據(jù)智慧運維系統(tǒng)，在八仙角海上風電場實行“南京遠程監(jiān)控，現(xiàn)場無人值班、少人值守”的運維模式：由南京遠程監(jiān)控中心24小時值班，負責設(shè)備監(jiān)控操作、數(shù)據(jù)統(tǒng)計總結(jié)、設(shè)備異?；蚬收蠒r聯(lián)系現(xiàn)場人員、指導運行方式調(diào)整等運行相關(guān)工作；現(xiàn)場人員則24小時待命，負責設(shè)備巡檢、維護、消缺等。

“我們雙方的目標是一致的，就是希望借助先進的技術(shù)手段使運維策略趨于最優(yōu)，盡可能減少發(fā)電量損失，并降低運維成本?！眲⒊侵赋觥?/p>