國內(nèi)海上風(fēng)電機(jī)組制造技術(shù)日趨成熟，針對不同區(qū)域風(fēng)能資源條件，各機(jī)組制造廠家已開發(fā)出不同結(jié)構(gòu)型式和控制調(diào)節(jié)方式的風(fēng)電機(jī)組，并進(jìn)入了商業(yè)運(yùn)行階段。根據(jù)場址風(fēng)能資源條件和風(fēng)況特征及海上的特殊水文氣象條件，選擇更優(yōu)的機(jī)組型式是海上風(fēng)電項(xiàng)目建設(shè)必經(jīng)之路。本文主要闡述了海上機(jī)組選型需考慮的主要原則、認(rèn)證、設(shè)計(jì)、運(yùn)輸安裝與運(yùn)維及技術(shù)經(jīng)濟(jì)性評價(jià)等方面的基本要求。

（作者單位 ：詹海寧，邳帥，齊博，朱永飛 ：中海油能源發(fā)展股份有限公司清潔能源分公司 ；楊金寶，張文平，高松玉 ：金風(fēng)科技股份有限公司）

機(jī)組選型原則?

海上風(fēng)電機(jī)組的選型一般遵循安全、可靠、經(jīng)濟(jì)、適用、 易維護(hù)等基本原則。

?一、遵循安全性，符合安全等級要求原則?

風(fēng)電機(jī)組應(yīng)先滿足一定的安全等級要求，根據(jù)項(xiàng)目場 區(qū)的年平均風(fēng)速、50 年一遇最大風(fēng)速 /50 年一遇極大風(fēng)速、湍流強(qiáng)度參數(shù)，確定場區(qū)的 IEC 類型，進(jìn)而初步選取適用于對應(yīng)風(fēng)區(qū)類型的風(fēng)電機(jī)組。IEC 關(guān)于風(fēng)區(qū)類型的定義如表 1 所示。

二、遵循可靠性原則

選擇風(fēng)電機(jī)組時(shí)應(yīng)考慮其運(yùn)行的可靠性，包括電能質(zhì)量、對電網(wǎng)的要求、對運(yùn)行環(huán)境適應(yīng)性及可用率保證等方面。根據(jù)《風(fēng)電場接入電力系統(tǒng)技術(shù)規(guī)定》（GB/T19963—2011）、《風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)監(jiān)測管理暫行辦法》（國家能源局〔2010〕433 號）、《關(guān)于加強(qiáng)風(fēng)電安全工作的意見》（國家電監(jiān)會〔2012〕）等的規(guī)定，風(fēng)電機(jī)組應(yīng)具備低電壓穿越能力和必要的高電壓穿越能力 ；具備有功功率控制能力，接收并自動(dòng)執(zhí)行電網(wǎng)調(diào)度部門發(fā)出的有功功率控制信號，以保證電力系統(tǒng)穩(wěn)定性 ；在不同的輸出功率時(shí)，其功率因數(shù)應(yīng)在 -0.95 ～ +0.95 變化范圍內(nèi)可控 ；具有自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)能力的動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置，補(bǔ)償容量以接入系統(tǒng)批復(fù)為準(zhǔn)，其調(diào)節(jié)范圍和響應(yīng)速度應(yīng)滿足并網(wǎng)點(diǎn)電壓調(diào)節(jié)的要求。

三、遵循氣候適應(yīng)原則

根據(jù)特殊氣候選擇機(jī)組，需考慮各種氣候因素（如高溫、低溫、臺風(fēng)、雷暴等）、水文等對風(fēng)電機(jī)組安全的影響。根據(jù)風(fēng)電場的氣候環(huán)境情況，選擇適用的具有特殊適應(yīng)性的風(fēng)電機(jī)組，如海上風(fēng)電機(jī)組需要具備抗潮濕、防鹽霧腐蝕等特性，在臺風(fēng)多發(fā)區(qū)域需要具備抗臺風(fēng)特性，在雷暴多發(fā)區(qū)域需要具有適當(dāng)防雷保護(hù)。同時(shí)，根據(jù)項(xiàng)目的溫度范圍選擇對應(yīng)的常溫型或低溫型風(fēng)電機(jī)組。常見機(jī)組類型適用條件如下 ：

常溫型機(jī)組適用條件為運(yùn)行溫度范圍 ：-20℃～ +40℃，生存溫度范圍 ：-30℃～ +50℃。

低溫型機(jī)組適用條件為運(yùn)行溫度范圍 ：-30℃～ +40℃，生存溫度范圍 ：-40℃～ +50℃。

抗臺型機(jī)組適用條件為 10min 最大風(fēng)速 ：57m/s，3s 極大風(fēng)速 ：79.8m/s。

四、遵循易維護(hù)性原則

海上風(fēng)電場運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜，運(yùn)行維護(hù)較陸上風(fēng)電場難度大、費(fèi)用高，特別是海況惡劣時(shí)，維修人員難以到達(dá)，故障較難排除。因此，風(fēng)電機(jī)組除應(yīng)具備較高的可靠性外，也應(yīng)具備易維護(hù)性。

五、遵循經(jīng)濟(jì)性原則

風(fēng)電機(jī)組選型應(yīng)從風(fēng)電場全生命周期成本收益角度考慮，實(shí)現(xiàn)整體效益的最大化。根據(jù)場區(qū)特征，采用不同機(jī)型進(jìn)行排布設(shè)計(jì)，計(jì)算優(yōu)選發(fā)電量最高、工程造價(jià)最低、度電成本最低的機(jī)組。

六、遵循的其他原則

除以上選型原則外，影響機(jī)組選型的運(yùn)輸、安裝條件特殊要求，基礎(chǔ)和施工等配套技術(shù)能力要求，單機(jī)容量大型化要求，工程進(jìn)度保證要求等方面，在機(jī)組選型中同樣應(yīng)予以考慮。

認(rèn)證要求?

我國風(fēng)電行業(yè)已建立起相對比較完善的風(fēng)電整機(jī)裝備 及部件認(rèn)證體系，風(fēng)電機(jī)組整機(jī)裝備及部件的認(rèn)證逐步成 為保證風(fēng)電產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的重要管理手段和方法。目前， 風(fēng)電領(lǐng)域的認(rèn)證范圍包括 ：

一、設(shè)計(jì)認(rèn)證

通過設(shè)計(jì)評估、場地試車（安全及功能試驗(yàn)）和生產(chǎn)

質(zhì)量控制審核等，對新型號的風(fēng)電機(jī)組與標(biāo)準(zhǔn) / 規(guī)范的符合

性進(jìn)行評價(jià)。機(jī)組選型時(shí)，應(yīng)選擇獲得行業(yè)專業(yè)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

認(rèn)證證書的機(jī)型。

二、型式認(rèn)證

2014 年 9 月，國家能源局印發(fā)《關(guān)于規(guī)范風(fēng)電設(shè)備市

場秩序有關(guān)要求的通知》（國能新能〔2014〕412 號），明

確提出風(fēng)電行業(yè)要“加強(qiáng)檢測認(rèn)證確保風(fēng)電設(shè)備質(zhì)量”。文

件規(guī)定，接入公共電網(wǎng)的風(fēng)電機(jī)組及其風(fēng)輪葉片、齒輪箱、

發(fā)電機(jī)、變流器、控制器和軸承等關(guān)鍵零部件必須進(jìn)行型

式認(rèn)證。機(jī)組選型時(shí)，需要確認(rèn)機(jī)型具備相應(yīng)的機(jī)組型式

認(rèn)證證書。

三、項(xiàng)目認(rèn)證

評估已通過型式認(rèn)證的風(fēng)電機(jī)組和對應(yīng)的塔基設(shè)計(jì)是否能與外界條件、可適用的構(gòu)造物和電力參數(shù)相適應(yīng)，以及是否滿足與指定場地有關(guān)的其他要求。項(xiàng)目認(rèn)證應(yīng)評估場地的風(fēng)能資源條件、其他環(huán)境條件、電網(wǎng)條件及土壤特性是否與定型風(fēng)電機(jī)組設(shè)計(jì)文件和塔基設(shè)計(jì)文件中確定的參數(shù)相一致。因此，機(jī)組選型時(shí)，應(yīng)選擇經(jīng)過項(xiàng)目認(rèn)證的機(jī)型。

設(shè)計(jì)要求

一、機(jī)組選型設(shè)計(jì)要求

遵循機(jī)組選型原則，首先應(yīng)確定機(jī)組的安全等級，結(jié)合風(fēng)能資源進(jìn)行機(jī)組適應(yīng)性分析，確定市場主流機(jī)型及風(fēng)電機(jī)組容量范圍，再按照不同機(jī)型方案進(jìn)行風(fēng)電機(jī)組機(jī)位及海纜路由布置。機(jī)型選擇包括以下內(nèi)容 ：

（1）比較特征參數(shù)、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、塔架形式、功率曲線和控制方式。

（2）根據(jù)充分利用風(fēng)電場海域和減小風(fēng)電機(jī)組間相互影響的原則，對各機(jī)型方案機(jī)組進(jìn)行初步布置，計(jì)算各機(jī)組的年發(fā)電量。

（3）初步估算各機(jī)型方案風(fēng)電機(jī)組及相關(guān)配套投資、運(yùn)行費(fèi)用。

（4）通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較提出推薦機(jī)型。

二、機(jī)組結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)載荷工況要求

海上風(fēng)電機(jī)組的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足 IEC 61400 系列規(guī)范中關(guān)于風(fēng)電機(jī)組的基本設(shè)計(jì)要求，并重點(diǎn)對在機(jī)組全生命周期內(nèi)威脅到結(jié)構(gòu)完整性、安全性的各種設(shè)計(jì)載荷工況予以周全考慮，包括重力和慣性載荷、空氣動(dòng)力載荷、驅(qū)動(dòng)載荷、水動(dòng)力載荷、海冰載荷、尾流載荷、船舶沖擊載荷、渦激振動(dòng)等。應(yīng)將具有合理發(fā)生概率的各相關(guān)載荷工況與控制系統(tǒng)動(dòng)作結(jié)合在一起考慮。

三、機(jī)組電力系統(tǒng)選型設(shè)計(jì)要求

海上風(fēng)電機(jī)組接入集電線路的電壓等級目前一般有35kV 和 66kV 兩種，據(jù)此可選擇單臺機(jī)組配套升壓設(shè)備的電壓等級。海上風(fēng)電機(jī)組需具備一定的無功補(bǔ)償功能，且應(yīng)滿足功率因數(shù)在超前0.95到滯后0.95的范圍內(nèi)動(dòng)態(tài)可調(diào)。

四、機(jī)組運(yùn)行設(shè)計(jì)要求

風(fēng)電機(jī)組應(yīng)具有低電壓和高電壓穿越能力。風(fēng)電場運(yùn)行適應(yīng)性應(yīng)符合下列規(guī)定 ：

（1）風(fēng)電場并網(wǎng)點(diǎn)電壓在標(biāo)稱電壓的 0.9 ～ 1.1 倍額定電壓范圍（含邊界值）內(nèi)時(shí)，風(fēng)電機(jī)組應(yīng)能夠正常運(yùn)行。

（2） 電 力 系 統(tǒng) 頻 率 在 49.5 ～ 50.2Hz 范 圍（ 含 邊界 值 ） 內(nèi) 時(shí)， 機(jī) 組 應(yīng) 能 夠 正 常 運(yùn) 行 ；電 力 系 統(tǒng) 頻 率 在48 ～ 49.5Hz 范圍（含 48Hz）內(nèi)時(shí)，機(jī)組應(yīng)能夠不脫網(wǎng)運(yùn)行 30min。

運(yùn)輸安裝要求

海上風(fēng)電機(jī)組運(yùn)輸包括陸運(yùn)、陸轉(zhuǎn)海和海運(yùn)三個(gè)階段。

海上風(fēng)電機(jī)組選型需要充分考慮滿足風(fēng)電項(xiàng)目場址的交通運(yùn)輸條件，包括道路、車輛、碼頭、船舶等。隨著海上風(fēng)電機(jī)組單機(jī)容量不斷增大，機(jī)組重量和體積不斷攀升，對運(yùn)輸高度、地面承載力、運(yùn)輸坡度、運(yùn)輸穩(wěn)性、碼頭吊裝能力和水深、船舶甲板面積等不斷提出新的要求。因此，機(jī)組選型時(shí)要確定海上風(fēng)電機(jī)組及部件的運(yùn)輸模式，一般有整機(jī)商碼頭交貨、整機(jī)商機(jī)位點(diǎn)交貨兩種。選擇碼頭交貨時(shí)，還應(yīng)考慮機(jī)組部件尺寸和重量對海上運(yùn)輸船運(yùn)輸能力和方式的要求，如船舶甲板上塔架立式、葉片疊放等運(yùn)輸方式。

對于海上風(fēng)電機(jī)組的安裝，要充分考慮海上項(xiàng)目的不同海況、作業(yè)環(huán)境、船機(jī)資源和碼頭資源等條件，要求海上風(fēng)電機(jī)組具備整體安裝或分體安裝的工藝和裝備。整體安裝分為整體吊裝和整體拖航安裝，具有對運(yùn)輸船和安裝船的施工能力要求高、工裝工藝復(fù)雜、對組裝場地要求高、適合于短距離運(yùn)輸?shù)忍攸c(diǎn)。目前，行業(yè)中使用整體安裝的較少。分體安裝為海上風(fēng)電機(jī)組常用的安裝方式，是先將風(fēng)電機(jī)組的各個(gè)部件由制造廠家運(yùn)輸至裝配基地進(jìn)行模塊化組裝，再將各個(gè)部件和組件運(yùn)輸至海上風(fēng)電場進(jìn)行順序安裝。分體安裝最大的優(yōu)點(diǎn)是對安裝船的起重能力要求相對較低，可以充分利用市場上的安裝船舶資源，但海上安裝效率會比整體安裝低。分體安裝分為三種方式 ：三葉式安裝、兔耳式安裝和單葉式安裝。隨著海上風(fēng)電機(jī)組葉片尺寸越來越大，從成本、安裝船性能要求及吊裝安全可靠性方面考慮，水平單葉式吊裝方式將是未來大容量海上風(fēng)電機(jī)組的主流安裝方式。

運(yùn)維要求

海上風(fēng)電機(jī)組運(yùn)維需要高可靠性保障。對于部分關(guān)鍵部件和故障高發(fā)的組件，應(yīng)采用雙備份冗余設(shè)計(jì)，如變流器冗余設(shè)計(jì)多套變流器模塊可獨(dú)立運(yùn)行、機(jī)械式 + 超聲波風(fēng)速風(fēng)向儀、變槳通訊及偏航電機(jī)冗余設(shè)計(jì)等 ；或采用模塊化設(shè)計(jì)、多回路設(shè)計(jì)等，增加發(fā)電的可靠性，減少故障引發(fā)的停機(jī)時(shí)間。

在機(jī)組維護(hù)周期方面，需要考慮海上風(fēng)電機(jī)組的長周期維護(hù)。海上風(fēng)電機(jī)組的計(jì)劃性年度維護(hù)周期從傳統(tǒng)的一年一次，通過可靠性設(shè)計(jì)和設(shè)備性能提升等，形成兩年或三年一次。

技術(shù)經(jīng)濟(jì)性比選要求

海上風(fēng)電項(xiàng)目的建設(shè)條件更為復(fù)雜，投資風(fēng)險(xiǎn)較高，應(yīng)綜合考慮投資條件、機(jī)組產(chǎn)品競爭力水平、建設(shè)條件等開展項(xiàng)目綜合評價(jià)，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目優(yōu)劣比選，判定項(xiàng)目的技術(shù)經(jīng)濟(jì)可行性。海上風(fēng)電項(xiàng)目技術(shù)經(jīng)濟(jì)評價(jià)應(yīng)按照定量分析與定性分析相結(jié)合，動(dòng)態(tài)分析與靜態(tài)分析相結(jié)合，以定量分析、動(dòng)態(tài)分析為主的原則開展，確保評價(jià)結(jié)論的客觀性、準(zhǔn)確性和科學(xué)性 ；應(yīng)遵循“同時(shí)期、同區(qū)域、同類型”的競爭力分析原則，確保費(fèi)用與效益計(jì)算范圍的一致性，穩(wěn)妥確定評價(jià)參數(shù)，結(jié)合項(xiàng)目所在地區(qū)、所處行業(yè)及項(xiàng)目自身特點(diǎn)進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)評價(jià)分析。

海上風(fēng)電項(xiàng)目技術(shù)經(jīng)濟(jì)評價(jià)判據(jù)參數(shù)一般采用“X+Y”體系。“X”為項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)評價(jià)通用指標(biāo)，包括全投資財(cái)務(wù)內(nèi)部收益率（稅前）、全投資財(cái)務(wù)內(nèi)部收益率（稅后）或資本金財(cái)務(wù)內(nèi)部收益率。“Y”為結(jié)合行業(yè)水平和項(xiàng)目特點(diǎn)增加的輔助指標(biāo)，在項(xiàng)目滿足通用指標(biāo)的前提下，做進(jìn)一步參考評判，包括總投資收益率和資本金凈利潤率。海上風(fēng)電項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)評價(jià)判據(jù)參數(shù)詳見表 2。

判據(jù)參數(shù)的數(shù)值為行業(yè)常規(guī)水平。其中，全投資財(cái)務(wù)內(nèi)部收益率（稅前）、全投資財(cái)務(wù)內(nèi)部收益率（稅后）和資本金財(cái)務(wù)內(nèi)部收益率之間為“或”的關(guān)系，測算結(jié)果大于等于判據(jù)參數(shù)時(shí)可予以接納，說明項(xiàng)目具有投資價(jià)值，具有較為合適的投資回報(bào)。針對具體項(xiàng)目情況，包含機(jī)組選型的測算結(jié)果可作為投資決策的主要依據(jù)之一。

結(jié)語

國家“十四五”海上風(fēng)電新增規(guī)劃規(guī)模接近 3.2 億千瓦，發(fā)展?jié)摿薮蟆：Ｉ巷L(fēng)電正朝著大型化、遠(yuǎn)海化快速發(fā)展，機(jī)型種類繁多。了解和掌握海上風(fēng)電機(jī)組的選型要求，根據(jù)不同海域項(xiàng)目的海洋環(huán)境和投資條件，選擇更優(yōu)的海上風(fēng)電機(jī)組型式，可實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的海上風(fēng)電場效益。