海上風(fēng)電與陸上風(fēng)電差異性分析（下）

文 | 崔東嶺，擺念宗

四、微觀選址

風(fēng)電場的微觀選址對風(fēng)電項目具有非常重要的作用。微觀選址的好壞，不僅影響風(fēng)電場的發(fā)電量，還對機(jī)組的壽命和故障情況有影響。微觀選址的影響因素主要包括風(fēng)速、湍流強(qiáng)度、地形、道路、障礙物、周圍環(huán)境等，科學(xué)合理的微觀選址，可以降低機(jī)組湍流強(qiáng)度，避免機(jī)組部件損壞，延長機(jī)組壽命，提高機(jī)組發(fā)電量。

陸上風(fēng)電機(jī)組的排布根據(jù)地形的不同有較大差異。對于陸上平坦地形（如戈壁、平原）來說，風(fēng)電機(jī)組的排布一般都比較規(guī)律，主風(fēng)向間距為5～9倍風(fēng)輪直徑，垂直主風(fēng)向間距為3～5倍風(fēng)輪直徑。對于山地或丘陵風(fēng)電場，風(fēng)電機(jī)組的排布一般不規(guī)律，除受到地形、道路、障礙物等影響外，最關(guān)鍵的就是風(fēng)速和湍流強(qiáng)度。

海上機(jī)組的排布一般比較規(guī)律。海上的風(fēng)能資源特性比較穩(wěn)定，因此，它不是影響微觀選址的首要因素。生態(tài)保護(hù)、航道、海洋勘探、養(yǎng)殖等因素對風(fēng)電機(jī)組的排布都會有影響。同時，由于海上湍流強(qiáng)度小，不利于尾流區(qū)風(fēng)速恢復(fù)，因此，在風(fēng)電機(jī)組排布過程中，要考慮增大主風(fēng)向風(fēng)電機(jī)組間距，以減少尾流效應(yīng)。

五、風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)

風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)是承受并傳遞風(fēng)電機(jī)組與各類環(huán)境載荷的最終部位，因此，其對于保證風(fēng)電機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行非常重要。由于應(yīng)用的場景不同，陸上風(fēng)電和海上風(fēng)電的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)相差較大。

表3 海上風(fēng)電與陸上風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)形式對比

陸上風(fēng)電場的地質(zhì)結(jié)構(gòu)一般為砂石、黃土、巖石等，因此，風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)的設(shè)計施工安裝較為容易。目前常見的陸上風(fēng)電基礎(chǔ)形式有重力式擴(kuò)展基礎(chǔ)、樁基基礎(chǔ)、巖石錨桿基礎(chǔ)等。重力式擴(kuò)張基礎(chǔ)由于施工簡便、工程經(jīng)驗豐富，目前應(yīng)用廣泛；樁基基礎(chǔ)主要適用于天然地基承載力不足或持力層較深的地區(qū)，如濕陷性黃土地區(qū)；巖石錨桿基礎(chǔ)則適用于承載力較好的巖石地基。根據(jù)連接方式的不同，風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)又可以分為基礎(chǔ)環(huán)式和預(yù)應(yīng)力錨栓基礎(chǔ)?；A(chǔ)環(huán)式基礎(chǔ)是通過鋼制基礎(chǔ)環(huán)將上部荷載傳遞至基礎(chǔ)；預(yù)應(yīng)力錨栓基礎(chǔ)則是通過施加過預(yù)應(yīng)力的錨栓連接塔筒和基礎(chǔ)，從而傳遞荷載。

海上風(fēng)電的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計要考慮海床的地質(zhì)結(jié)構(gòu)、離岸距離、海上風(fēng)和浪的載荷特性以及海流、海冰等的影響。目前，海上風(fēng)電機(jī)組的基礎(chǔ)形式主要有重力式、樁式、導(dǎo)管架式、負(fù)壓桶式以及漂浮式結(jié)構(gòu)，不同的基礎(chǔ)形式適用于不同的水深，具體特點(diǎn)如表3所示。與陸上風(fēng)電相比，海上風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)的施工難度非常大，主要受施工窗口期、船機(jī)設(shè)備運(yùn)輸能力與施工能力、施工單位施工工藝水平等因素影響。同時，對海上風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)的設(shè)計參數(shù)和施工質(zhì)量要求也更高，不僅要能應(yīng)對各種惡劣的海上氣候環(huán)境，還必須具有較高的防腐蝕性能。由于環(huán)境復(fù)雜、施工難度大，海上風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)的成本也比陸上風(fēng)電機(jī)組高很多，約占整個項目成本的20%～25%，并且隨著水深和離岸距離的增加，海上風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)的成本相應(yīng)上升。因此，考慮到風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)的設(shè)計和施工難度，風(fēng)電機(jī)組與風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)一體化設(shè)計，也逐漸成為海上風(fēng)電一個重要的技術(shù)攻關(guān)方向。

六、施工準(zhǔn)備

施工準(zhǔn)備是項目在施工建設(shè)前的準(zhǔn)備工作，良好的施工準(zhǔn)備工作，能夠提高施工速度、提升施工質(zhì)量、降低成本、確保安全。

陸上風(fēng)電的施工準(zhǔn)備有比較成熟的工作程序，難度相對較小。天氣條件對施工準(zhǔn)備的影響較小，施工設(shè)備、臨建設(shè)施等都比較容易組織實施，因此，不會出現(xiàn)重大影響因素。其中，道路和施工電源等條件相對比較重要，需要提前管控實施。

海上風(fēng)電的外部環(huán)境惡劣、施工技術(shù)難度大、施工成本高，因此，施工準(zhǔn)備工作難度也較大。海上施工作業(yè)條件、船機(jī)設(shè)備施工能力、碼頭裝載能力等，都會影響海上風(fēng)電的施工準(zhǔn)備工作，因此，一般要求海上風(fēng)電項目在可行性研究階段和初步設(shè)計階段編制施工組織設(shè)計專題報告，對施工方案進(jìn)行充分地論證和優(yōu)化。

七、施工建設(shè)

目前國內(nèi)的裝備市場已經(jīng)完全能夠勝任陸上風(fēng)電的建設(shè)要求，因此，陸上風(fēng)電的施工建設(shè)較容易。陸上風(fēng)電一般采用大型車輛運(yùn)輸葉片、塔筒等設(shè)備，在機(jī)位點(diǎn)就地完成各部分的安裝，吊裝方式采用“主吊+副吊”組合形式，吊裝設(shè)備則根據(jù)風(fēng)電機(jī)組設(shè)備的重量選用相應(yīng)噸位的汽車吊或履帶吊。陸上風(fēng)電的施工進(jìn)度主要受整機(jī)、塔筒等設(shè)備的供貨能力以及天氣因素（如大風(fēng)、雨雪等）的影響。

海上風(fēng)電的施工建設(shè)與陸上風(fēng)電不同，施工作業(yè)面包含陸上區(qū)域和海上區(qū)域，作業(yè)范圍廣、協(xié)調(diào)難度大。受天氣因素影響，海上風(fēng)電的施工窗口期也比較短。這些特點(diǎn)都給海上風(fēng)電的施工建設(shè)帶來了困難。另外，隨著海上風(fēng)電迅猛發(fā)展，海上風(fēng)電施工裝備也存在較大市場缺口，裝備數(shù)量和裝備技術(shù)能力不足，碼頭資源和轉(zhuǎn)運(yùn)能力有限。海上風(fēng)電機(jī)組的安裝一般可采用整體安裝和分體安裝兩種方式。整體安裝起吊次數(shù)少、海上施工周期短，但需要在陸地設(shè)置組裝場地，同時對碼頭裝載能力、駁船裝載能力、起重能力要求非常高，且運(yùn)輸風(fēng)險大；分體安裝對碼頭裝載能力、駁船裝載能力、起重能力要求較小，但是起吊次數(shù)多、施工周期長。目前海上風(fēng)電施工主要采用分體安裝的方式。為應(yīng)對海上復(fù)雜的施工環(huán)境，海上風(fēng)電施工過程中還需要監(jiān)測海洋氣象預(yù)報和潮位等信息，以便充分利用施工窗口期，及時合理安排施工任務(wù)和措施，保障施工安全。

八、運(yùn)行維護(hù)

陸上風(fēng)電場的運(yùn)行維護(hù)已經(jīng)逐步市場化、規(guī)范化。風(fēng)電場都采用集中監(jiān)控模式，中央控制室能夠監(jiān)測控制每臺風(fēng)電機(jī)組設(shè)備的工作狀態(tài)，當(dāng)出現(xiàn)故障停機(jī)時，檢修人員迅速前往現(xiàn)場進(jìn)行檢修消缺。除雨雪、大霧、大風(fēng)等惡劣天氣外，陸上風(fēng)電場一般都能夠及時迅速地開展現(xiàn)場檢修。對于葉片、發(fā)電機(jī)、齒輪箱等大部件維修更換，陸上風(fēng)電場也已經(jīng)形成比較成熟的市場，吊裝設(shè)備、技術(shù)人員、安裝工人、技術(shù)改造升級等，都已經(jīng)市場化、透明化。為更好地管理風(fēng)電場，集控中心、備品備件集中倉儲、區(qū)域大檢修等新技術(shù)、新理念、新模式不斷發(fā)展，提高了風(fēng)電場的運(yùn)行維護(hù)水平。在人員要求方面，陸上風(fēng)電的運(yùn)維人員要具備相應(yīng)的技能資質(zhì)，接受相關(guān)的培訓(xùn)，包括電氣、機(jī)械、控制等專業(yè)知識培訓(xùn)，并獲得電工證、登高證等特種作業(yè)證書。

表4 海上風(fēng)電與陸上風(fēng)電施工特點(diǎn)對比

表5 海上風(fēng)電與陸上風(fēng)電運(yùn)維特點(diǎn)對比

相比于陸上風(fēng)電，海上風(fēng)電作業(yè)環(huán)境惡劣，受風(fēng)浪、臺風(fēng)、風(fēng)暴潮、團(tuán)霧、雷雨等惡劣天氣影響明顯，交通運(yùn)輸困難，海上作業(yè)窗口期短，運(yùn)行維護(hù)難度較大；運(yùn)維經(jīng)驗較缺乏，對于設(shè)備故障無法及時進(jìn)行檢修消缺，風(fēng)電機(jī)組故障率高，安全風(fēng)險大。對于大部件的維修更換，海上風(fēng)電需要使用專用船舶進(jìn)行作業(yè)，但是相對歐洲海上風(fēng)電，目前國內(nèi)市場上比較缺乏專業(yè)的海上風(fēng)電運(yùn)維裝備。鹽霧腐蝕、海洋附著生物等因素對風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)、設(shè)備防腐要求高，海上風(fēng)電運(yùn)維需要開展專業(yè)性強(qiáng)、工作量大的防腐工作。此外，海上風(fēng)電作業(yè)風(fēng)險大、環(huán)境復(fù)雜，對人員的技術(shù)水平和技能資質(zhì)要求更高。海上風(fēng)電運(yùn)維人員需要接受系統(tǒng)的培訓(xùn)，不僅要具備電氣、機(jī)械等專業(yè)知識，同時還要有海洋水文氣象相關(guān)知識；不僅要取得電工證、登高證等特種作業(yè)資質(zhì)，還應(yīng)掌握海上求生、海上自救、船舶靠泊等基本技能。目前，海上風(fēng)電在智慧運(yùn)維方面也不斷開展大量研究，希望通過大數(shù)據(jù)平臺、故障預(yù)警、智能診斷、運(yùn)維策略優(yōu)化、備品備件管理等技術(shù)提高運(yùn)維水平和效率，降低運(yùn)維成本。

結(jié)論

海上風(fēng)電與陸上風(fēng)電具有許多不同的特點(diǎn)。相比于陸上風(fēng)電，海上風(fēng)電面臨著諸多挑戰(zhàn)，例如，風(fēng)能資源及水文基礎(chǔ)數(shù)據(jù)少、施工建設(shè)難度大、建設(shè)成本高、設(shè)備運(yùn)維困難等。但是隨著海上風(fēng)電進(jìn)入大規(guī)模開發(fā)期，海上風(fēng)電的市場會越來越成熟，政策機(jī)制和標(biāo)準(zhǔn)體系也將逐步建立與完善。在海上風(fēng)電未來的發(fā)展中，應(yīng)結(jié)合我國海上風(fēng)電的特點(diǎn)，借鑒陸上風(fēng)電開發(fā)經(jīng)驗和海上風(fēng)電國際先進(jìn)經(jīng)驗，開展一體化風(fēng)電機(jī)組、智能風(fēng)電機(jī)組、智慧運(yùn)維管理等先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用研究，努力促進(jìn)我國海上風(fēng)電朝著規(guī)模化、高質(zhì)量、低成本方向發(fā)展。