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技术 | 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!

w88优德娱乐平台w88优德娱乐资讯频道  来源:风电头条  作者:简一  日期:2018-01-12

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写在前面:

本文从风机基础型式、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。

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。

(来源:福建中闽海上风电)

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