海上風電技術起航──記一次深入的英國海上風電考察

　　挑戰和問題不足為懼，隨之產生的深遠影響更加需要謹慎對待，即資源的浪費和昂貴的成本。根據歐盟數據顯示，海上風電場成本約為280萬～ 340 萬歐元／兆瓦，基礎部分成本費用昂貴，主要因水深、機組、施工材料、安裝船只而異。運維成本比陸地高出5 倍以上，成本因素主要包括運營策略、離岸距離、可進入性以及吊裝船只等。如果海上風電項目的整體規劃缺乏良好的風電技術及其與海洋工程技術的結合，以及豐富的海上風電實際經驗，未來的運維成本很可能成為天文數字，并造成機組表現不佳甚至停機。
　　在單機功率快速增大的同時，海洋工程的設計也在不斷創新，10 兆瓦海上機組已進入樣機調試階段，英國資深海洋工程公司也積極設計極深海建設方案和世界首創的Wave Hub 波浪中心（海底電纜連接英國國家電網的海底電“插座”）。設計規范和標準一直緊追技術的創新和發展，但也極具挑戰性。2010 年，歐洲一些海上風電場的單樁式機組塔筒與地基部分的連接件出現了過度承載所帶來的問題，值得注意的是以上設計均符合標準要求，設計標準需要緊跟海上風電技術的發展，而當前標準下的單樁連接件問題會進一步促進設計規范的調整化。另外，懸浮式深海架構設計和尚未有任何國際案例及標準的灘涂地帶技術仍處于概念階段。
　　二、宏觀規劃與微觀實踐
　　如何規劃海上風電場的可開發區域是業界的關注點之一，成功開發一個可行、可持續發展的海上風電項目，合理規劃不可或缺，通過各種約束性考慮來篩選理想的海上風電場區域至關重要。
　　在中國，政府在海域的宏觀規劃中起到關鍵作用，合理利用各個海域功能，將技術性約束、經濟性約束、環境約束、硬性約束都綜合考慮在內，評審各種因素的權重，從而達到最可行的開發目的。
　　落實到海上風電場具體設計和建模，需要明確了解海上和陸上風電場的區別，將海上資源與場址特殊性考慮在內，并制訂最佳的開發方案，其中需要注意以下幾個方面：
　　風能資源測量：陸上和海上的風況特征一般不同，不建議將沿岸測風數據應用到海上風電場。相比陸上的數據測量，在海上嚴峻環境條件下進行測量的難度更大。高質量的傳感器和觀測儀器可以減少建模過程中的不確定性。數據篩選、數據校準、塔影效應均需詳盡處理，大型海洋工程結構通常會產生較大的塔影影響扇區，另外在不同大氣穩定度條件下，風能功率的不確定因素差異可達25%。
　　海上尾流效應：由于海上風電場具有較低的環境湍流，所以相對于陸上風電場來說可以允許較大的尾流損耗發生，模型中的尾流衰減常數需要進行適當的調整，以適應海上風電場較大的尾流損耗。尾流的規模依賴于輪轂高度和葉輪直徑，尾流的擴張與風速、風向、湍流強度、大氣穩定度及尾流影響點有關 。至今，尾流效應未能完全避免，但是通過測風激光雷達，將機組尾流效應可視化，是近年突破性的發展。
　　發電量缺失：并沒有固定程式或數值來計算缺失，需要按照場址特征來計算，包括通過傳輸中的效率、變電站可利用率、電網表現、機組可利用率、可進入性損耗、功率曲線密度、功率曲線性能表現、葉片污染、老化和偏離設計點、風速年際變化率、電網控制損耗等。
　　風電場表現監測：表現監測就是將風電場資產價值最大化，監測單機和所有機組在當前和未來的表現。平均值數據并不能詳細說明電力缺失的原因和發生部位，常規的數據分析可以找出哪些地方導致不佳表現，瞄準問題制訂有效的運維策略，從而避免災難性的故障發生。
　　國際上行業積累的經驗告訴我們，海上建模技術需要與運營數據結合驗證；對機組進行實時監控以及表現趨勢分析可以真正降低海上風電運營的風險與成本；從設計階段開始，整個設計過程需要展開多方面咨詢和溝通，技術問題要從顧問方獲得支持，否則各種未詳細考慮的因素不但會大大影響開發階段進度，而且會產生大量的額外支出。