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海上风电场5MW 风机建设分析

日期:2017-06-21    来源:福建中闽海上风电有限公司

国际新能源网

2017
06/21
17:31
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关键词: 风电机组 海上风电 风机技术

   1 概况
 
  海上风力发电最近几年是国家鼓励的方向,从上海东海大桥海上风电一期、二期项目、江苏响水和临港海上风电项目开始,各地的海上风电正在如火如荼的建设中。莆田平海湾50MW 海上风电场是福建省第一个获得核准的海上风电场项目,也是国内第一个大容量5MW 风机海上风电机组商业化运行的风电场。作为同一时期的海上风电项目,上海东海大桥项目与江苏响水等项目与莆田平海湾海上风电项目,虽同为海上风力发电,却有着截然不同的自然条件和技术水平。不同的地质情况和风机选型结果导致海上风电机组的设计,无论是从风机基础、机组设计、安装方式等来说差异巨大,无法完全复制使用。
 
  2 风机基础型式
 
  (1)气象条件。风资源是风电场选址的首要考虑因素,平均风速、主导风向、风功率等风能评估参数在一定程度反映当地风能资源的参数。目前已建成的陆上风电风速平均在5 ~ 8m/s,上海、江苏海上的平均风速在8m/s 左右,而莆田平海湾海域的平均风速可达10m/s 以上,可利用可达3500 小时。因此为更好的利用风资源,莆田平海湾海上风电场的风机可以往更大型化发展,但另一方面也意味着在施工过程中存在的更大困难。根据近3 年的施工情况,福建省沿海地区施工窗口仅有3 ~ 4 个月的时间,一般为3 ~ 6 月间;从7 月份开始,台风、季风的影响较为明显,1 个月有效施工时间仅为数天,陆上风电则不存在受此类困难影响。
 
  (2)机位地质情况。上海和江苏多为淤泥沉积形成,因此风机基础地质松散,利用单桩型式可以打到60 ~ 70m 以提供足够稳定的承载力。而福建沿海地带则多为风化岩,桩打到四五十米深就能够提供足够的承载力;另外福建沿海存在“孤石”问题,给基础施工造成诸多不利因素。
 
  (3)基础设计。陆上风电场基础型式从结构型式上主要分为重力扩展式、梁板式、高台柱式、桩—承台式、沉筒式、复合式六种型式,型式较为简单,施工工艺成熟。根据海上风机基础的特殊性,海上风电场风机基础多采用重力固定式、支柱固定式及浮置式基础,目前国内掌握海上风机基础施工的单位并不多,多为中交系统内部单位。同为海上风电,上海东海大桥风机基础为八桩高承台,江苏响水风机基础多为单桩型式,而莆田平海湾海上风电基础采用多桩高承台,基础型式的变化主要由根据项目勘察阶段的地质钻探结果决定。
 
  3 风机投运
 
  (1)风机生产。风机选型结果关系着风电场后续运维成本,风机越可靠运维成本越低。另外,从风机中标到首批风机到货一般需要12 个月左右的时间,厂商的生产能力和供货周期在开发海上风电场需要着重考虑。目前国内海上风电机组可选的厂商数量较少,特别是5MW 及以上有批量生产经验的风电机组生产厂商更是稀少。国外风机厂商在国内销售的也仅有两三家,远远无法满足国内日益发展的海上风电事业需要。
 
  (2)吊装方案。东海大桥地处长江出海口,水流流速较快;莆田平海湾海域处于台湾海峡,水流较缓,但存在涌浪等现象;这些对风机吊装方案的选择会造成影响。东海大桥项目采用整体式吊装,吊装效率较高,但操作难度和施工环境要求较高,适合海面较为平稳的吊装环境;平海湾海域涌浪大,可施工窗口短,无法满足整体式吊装的环境要求,故采用分体式吊装方案。
 
  (3) 风机吊装。平海湾一期项目采用湘电XE128-5MW 型风机,风电机组分为基础环、塔筒、机舱、发电机、轮毂和叶片六个部分,其中基础环在风机基础施工过程中已预埋。平海湾项目风机分体式吊装要求塔筒、机舱和发电机吊装在8m/s 的风况下才允许吊装,轮毂和叶片在7m/s 的风况下才允许拼装、吊装,根据现场安装时间统计一台风机完成吊装需要4 ~ 5 个工作日(图1)。
 
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  (4)风机调试。风电机组调试一般分为静态调试和动态调试,静态测试主要为风机监控系统与升压变电站、风电机组及各部件子系统的信号测试;动态测试包含安全链和功能性测试,调试需要时间一般为7到8个有效工作日时间。
 
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  4 风机运维
 
  (1)防腐问题。海上腐蚀是海上工程重点考虑的一个问题,从风机基础钢管桩、混凝土承台、风电机组设备都要求按照海工重防腐标准进行处理。钢管桩外部可涂海工涂料并加装阴极保护进行防腐;混凝土承台必须用具有一定防腐能力的混凝土;风电机组设备在设计阶段要用高于普通陆上风电的防腐标准,充分考虑海上的潮湿环境进行设计。
 
  (2) 运维方案。批量的5MW 风机投入运行,在国内尚属首例,目前已并网,风机发电情况良好,基本能达到100% 利用率, 但风机在各种工况条件下的发电情况还有待后续观察研究。考虑到未来风电机组运维方案,主要问题集中在风机定期维护和防台措施。风机定期维护是在风机操作停机的情况下对风机各部件进行检查、维护、保养,目的是为了使设备保持最佳状态,延长风机的使用寿命。风机定期维护的难点在于运维船只,国内目前专业的风机运维船不到10 艘,远远达不到国内海上风电运维的需求。莆田平海湾海域地处台湾海峡地区,每年夏秋季节台风多发,因台风期间风速湍流强度高,雨量大,同时风电场所处海域潮差大,风机易受到大潮冲击,防台防汛、防大潮工作尤为重要。就今年1 号“尼伯特”台风及第14 号“莫兰蒂”台风从福建登陆,风场均受到不同程度影响,在台风尚未登陆前就已启动暴风停机模式。
 
  5 结语
 
  海上风电与陆上风电相比,易受海浪、雾气、台风等影响,单位千瓦造价高、施工难度大、维护较困难,但风机占地面积小,风轮直径大,可以有效利用风能发电,项目收益率高,快速收回投资。对于海上风电来说,风电机组的可靠性至关重要,可靠的风机可以大大减少运维成本。目前国际已有8MW 的海上风电机组投入运行,但国内上最大容量海上风电机组为6MW,发展速度相对缓慢。另外,风电机组的维护策略也是有一定影响,国外风机厂商最近几年一直在实施保养替代定期检修的策略,使国外的风机维护工作量相比国内少非常多,故障率也低,这点对国内有一定的借鉴意义。
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