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摘要：目前海上风电正在引发广泛关注，全球海上风电装机容量稳步提升，我国海上风电政策持续利好，海上风电行业将持续发展。本文对海上风电项目实施过程的关键设备选型关注的要点进行分析，从风电机组、风机基础、输电技术等方面为我国海上风电建设的项目实施，提供一些经验总结。
关键词：海上风电；风电机组；风机基础；输电技术；设备选型
0 概述
目前海上风电正在引发广泛关注，全球海上风电装机容量稳步提升，比较发达的丹麦、英国、德国等欧洲国家，2017年其海上发电的市场占有率约达到20%左右。根据中国能源局印发《风电发展“十三五”规划》中，到2020年江苏、浙江、福建、广东等省的海上风电项目建设开工规模均达到百万千瓦以上，到2020年，全国海上风电开工建设规模达到1000万千瓦，力争累计并网容量达到500万千瓦以上。随着系列政策的出台落地、经验的积累和经济性的凸显，我国海上风电持续推进，有望在“十三五”期间迎来黄金时代。我国大部分海域平均风速在8m/s以下，属于低风速海上风电场，中欧海上差异巨大，欧洲海上风电的发展经验不可照搬，本文对海上风电项目实施过程的关键设备选型关注的要点进行分析，从风电机组、风机基础、输电技术等方面为我国海上风电建设的项目实施，提供一些经验总结。
1 风电机组
风电机组是海上风电项目中最重要的设备，具有“出生决定终身”的特点。风电机组设备选型一旦确定，将决定整个风电项目的整个项目的投资收益。
中国能源局《能源技术创新“十三五规划”》，十三五期间重点研究8MW-10MW陆/海上风电机组的关键技术，降低海上风电场的度电成本，实现5-6MW等大型海上风电机组安装规范化和机组运维智能化。根据市场统计，2017年底，国内主流主机厂商全部推出5MW以上机型，2108年上半年的投标机型平均容量已经大于5MW，中国海上风电已经全面进入5-6MW的大容量单机时代。大容量机组在减少工程量，涉海面积，征海面积、降低风场集电海缆长度，在降低工程造价等方面优势十分明显。据估算，当风轮直径由154m增加到171m提高，平均尾流损失可以减少6%左右，但是目前6MW以上的风机的可靠性和适应性没有得到规模的应用验证，因此目前在风电机组选型时，需要厂址，风资源的特点，在进行模拟计算基础上，进行风电机组单机容量的确定。
风电机组的主流技术路线为鼠笼异步电机+齿轮箱+全功率变频器和永磁直驱+全功率变频。目前市场上主要风机厂家的技术路线如下表：
表1 主流风机厂家技术路线
由表可知，在5MW以上的海上风电中，目前国内一线的三大风机厂家选用的是同一技术路线，主要是由于海上风电维护可达性差，永磁直驱机组省去齿轮箱，减少齿轮箱的机械故障，提高了设备运行的稳定性以及其机组转速范围较宽，在低风速下发电量有一定优势。
2 风机基础的选型
目前在海上风电场常见的基础形式主要包括：单桩基础、多桩基础、重力式基础及导管架群桩基础、漂浮式基础等。
其中单桩风机基础具有材料省、造价低、施工效率高等优点，在海上风电场建设中被普遍采用。由于风机基础顶部法兰水平度的高精度要求，因此一般采用带过渡段的单桩基础，利用过渡段来调整打桩带来的偏差。江苏龙源如东150 MW 海上风电场一期示范工程中，首次采用无过渡段单桩作为风机基础进行无过渡段单桩基础施工，通过优化工艺，在沉桩过程中有效导向和纠偏，保证了打桩过程中的精度要求，降低成本和减少工期。
目前，风机厂家及设计院分别以塔筒-基础为界面进行迭代计算，塔筒基础设计强度裕度偏保守，建议进行塔筒-桩基一体化设计，通过海洋水文数据和评估，地质勘探和地基模型，特定场址的载荷优化，针对不同机位和载荷优化桩体结构，进行机，塔筒，基础，土壤整体一体设计，多轮迭代优化，通过风机-塔架-基础-地基系统的模态分析，，确保基础设计符合系统动力特性要求，避免传统塔筒桩基界面造成的过度设计，减少工程造价。
3 海上输电技术选型
海上风电输电技术上可采用高压交流输电技术(high voltage AC，HVAC)、高压直流输电技术(high voltage DC，HVDC)以及其他输电技术，目前国内海上风电并网方式主要为高压交流输电方式。根据相关研究显示，风电场额定容量在400MW 以内，离岸距离在 70km 之内可考虑采用高压交流输电传输方式。随着近海资源减少，海上风电项目势必向远海发展，厂址离岸距离增加，高压直流输电将在国内风电项目中得到应用。目前世界上采用直流输电的海上风电场均采用 VSC-HVDC 技术。
柔性直流输电海上接入优势在于无容性电流；风电场和交流电网故障隔离，实现相互解耦；提升供电质量。虽然柔性直流换流站成本高，但长距离电缆造价低；损耗低。
柔性直流输电的技术难点：
1）万吨级海上换流站建造及安装，紧凑型海上换流站紧凑化布置。
2）换流站平台采用整体运输、安装，抗震抗倾斜、抗振动的要求高；无人值守，可靠性要求高；
3）高压海底海缆及其附件的研制，长距离海底电缆铺设及保护技术；
4）防止风机并网等效阻抗与柔直等效阻抗发生振荡，引发大面积事故，需要对风机和柔直参数进行合理设计、避免风电与柔直振荡，如果存在振荡可能，需要将风机与柔直控制及参数“再塑”；
5）直流侧过电压，当陆上换流站向交流侧输出功率受限，风电场功率不能突变，产生功率盈余，累计在直流侧导致过压，需要配置合理的耗能支路来消耗盈余功率，同时与控制配合解决直流过电压问题；
6）柔直孤岛送出，交流系统故障期间，柔直应向无源网络提供相对稳定的交流电压，同时避免柔直自身换流器过流，合理的孤岛控制故障穿越策略是关键，同时故障期间应与交流保护密切配合，实现故障穿越。
4 结论
虽然海上风电项目前景很好，但是项目开发技术门槛较高，受制于海上环境复杂，面临着高湿、高盐雾、高雷暴、海底冲刷等环境特点，因此项目实施过程中应该根据项目所在地的区域差异性，确定关键设备的设备选型。在设备选型过程中，考虑设备经济性的同时，更应关注主设备海洋环境运行的适应性，提高设备运行稳定性。
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收稿日期：2018.7.28。
作者简介：
董博，男，硕士学位，中级职称，研究方向为清洁能源工程技术应用， E-mail：dongbofly@163.com
论文作者:董博
论文发表刊物:《基层建设》2018年第35期
论文发表时间:2019/3/27
标签：海上论文; 风电论文; 风机论文; 机组论文; 基础论文; 技术论文; 项目论文; 《基层建设》2018年第35期论文;