从风机选型、风机吊装调试到风机运维，案例分析5MW海上风机建设特点和难点

　　九洲普惠风机在下文从风机基础型式、风机吊装调试和后续风机运维工作的开展，以国内第一个建成并投运的大容量风机海上风电场--莆田平海湾50MW 海上风电场为案例，分析了平海湾海上风电场与陆上风电、江苏海上风电等在建设中的不同之处，以期为后续海上风电场的建设提供借鉴。

平海湾项目概况

　　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。

风机基础型式

　　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。

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。

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。

风机投运

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。而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。

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。

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)。

　　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。

风机运维

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。

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2017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。

九洲普惠风机结语

　　与陆上风电相比，海上风电易受海浪、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。