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一座海上風電場開發的啟示錄_東方風力發電網
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一座海上風電場開發的啟示錄

放大字體  縮小字體 發布日期:2019-03-08   來源:風能專委會CWEA  作者:夏云峰  瀏覽次數:593
核心提示:近幾年,我國海上風電開發的節奏明顯加快。2018年,全國海上風電新增并網容量161萬千瓦,累計并網容量363萬千瓦;在建項目約1100萬千瓦,到2020年有望實現累計并網容量500萬千瓦的規劃目標。
  近幾年,我國海上風電開發的節奏明顯加快。2018年,全國海上風電新增并網容量161萬千瓦,累計并網容量363萬千瓦;在建項目約1100萬千瓦,到2020年有望實現累計并網容量500萬千瓦的規劃目標。
  
  
  然而,從現狀來看,我國海上風電發展仍處于經驗積累和模式創新的關鍵時期,此前開發的一些優質項目無疑起到了很好的示范作用。已經投運并產生良好經濟和社會效應的華能如東八仙角海上風電場(下稱“八仙角風電場”)就是一個值得我們深入剖析的典型樣本。
  
  
  日前,《風能》雜志組織的“最美風電場”活動媒體報道組便來到美麗的海濱城市江蘇如東,深入探訪八仙角風電場背后的那些人和事。
  
  ▼對標國家優質工程
  
  公開資料顯示,八仙角海上風電場的業主方為華能江蘇清潔能源分公司,項目總裝機容量30萬千瓦,共吊裝70臺海上風電機組,于2017年9月全部并網發電。
  
  記者在走訪中了解到,這座風電場創造了當時行業內的多項“第一”:它是亞洲已建成的裝機容量最大的海上風電項目;南、北區兩臺海上升壓站是國內第一個“雙胞胎”,實現同時設計、制造、安裝、并網發電;連接風電場南區和北區的3×110千伏海纜是國內最粗的三芯海纜;首次規模化應用5兆瓦海上風電機組……
  
  值得一提的是,由于平均離岸距離達到23公里,該項目還被業內稱為“中國遠海風電項目的領跑者”。
  
  
  “這是華能集團首個投產的海上風電場,實現集團在海上風電開發方面從零到一、從無到有的突破,整個項目的運行情況還不錯。”華能江蘇清潔能源分公司運行維護部副主任、八仙角海上風電場場長周國棟在接受《風能》雜志記者采訪時表示,“它為集團相關業務的后續發展奠定良好基礎,讓我們在海上風電項目施工建設、海洋生態環境修復、運維計劃制定和資源調配等方面積累了寶貴經驗。目前,我們正在以講座的形式與負責其他幾個項目的團隊分享。”
  
  他所說的“運行情況不錯”是有著數據支撐的。2018年,在6.7米/秒的年平均風速下,全場年發電量突破9億千瓦時,年利用小時數超過3000小時。
  
  而這份成績顯然來之不易。“首個項目”的潛臺詞是無章可循,一切只能摸著石頭過河。自然地理因素進一步加大了建設難度。場址區的水流急、潮位變化大,再加上雷雨天氣多,導致船舶的可達性較差,影響了施工和運維效率。
  
  
  周國棟舉例說,由于潮位的原因,有20多機位點無法全天候到達。其中的四五個機位點,船舶每天更是只能在高潮位前后的兩三個小時靠近它們。
  
  針對這些情況,業主方制定細致的方案,充分利用有利的天氣條件加快吊裝進度。比如,在天氣狀況較差時,先完成深水區機位點的作業,再將難度較大的機位點集中在大潮期進行施工。此外,升壓站建設、機組預組裝、基礎密封保護設計、海纜試驗等都安排在陸上完成,以便減少海上的施工周期。
  
  創新是攻克現有難題的重要手段,這在八仙角海上風電場中得到充分印證,一系列創新性的做法被引入其中。
  
  周國棟向記者著重介紹了“大孤島”模式,即在風電場北區升壓站配套1臺800千瓦柴油發電機及三條聯絡海纜,確保在特殊工況下風電機組能夠保持正常的偏航、除濕防腐和通信功能。
  
  “我們自項目規劃起,就是以創建華能集團首個海上‘國優工程’和‘示范工程’為目標。因此,在建設過程中,公司始終狠抓安全管理,并強化現場管控和科技創新。目前,我們正在申報國家優質工程獎。”他透露。
  
  
  記者注意到,國家優質工程獎評選條件中明確要求,除了經濟效益,社會效益也必須達到同時期國內先進水平。在這方面,華能江蘇清潔能源分公司采取了多重措施。
  
  建設過程中,業主方將做好生態環境保護視為優先事項,通過優化場區設計、合理安排施工時間等方式,盡可能降低項目開發對海洋生態環境造成的影響。投運后,則按照前期規劃,迅速啟動生態環境修復方案。據了解,這項投資達到1300萬元,主要用于實施放流魚苗計劃、海洋水質調查、漁業生態調查、鳥類觀測等。其中,放流魚苗計劃為期3年,預計放流各類魚苗1340余萬尾、日本鰻鱺6.25噸、竹蟶和文蛤苗2.5億粒,可以使海洋生物總量和漁業資源恢復到施工前的水平。
  
  
  言及于此,就不得不提這座風電場的另一個行業“首創”——嘗試在各個機位點設置應急救助點,配備救援呼叫和防寒設施、飲用水、食物等,作為周邊養殖戶和漁民遇險時的臨時避難所。
  
  在周國棟看來,這一切皆由華能集團的央企身份使然。“央企肩負著造福社會的責任和義務。具體到這個風電場,我們努力將其打造成一個兼具良好經濟和社會效益的行業標桿,讓更多人分享到發展風電所帶來的紅利。”
  
  
  堅守可靠性的底線
  
  對于風電項目而言,綜合效益的高低很大程度上取決于硬件設施,尤其是風電機組在運營期的發電效率和可靠性。
  
  八仙角海上風電場運行著3家整機商的機組,其中的20臺單機容量為5兆瓦的機型由中國船舶重工集團海裝風電股份有限公司(下稱“中國海裝”)制造。當被問及如何評價它們投運以來的表現時,周國棟不吝贊美之詞。“整體情況非常好,遠遠超出廠家投標時做出的承諾。”
  
  
  2018年,這20臺機組的發電3.2351億千瓦時,年利用小時數為3235小時,可利用率達到98.8%,在全場對標中排名第一。
  
  值得注意的是,這些設備的配置不盡相同,有19臺H151-5MW機型采用151米的風輪直徑,另外一臺H171-5MW機組的風輪直徑為171米。
  
  記者在檢索此前的相關報道時注意到,2017年,八仙角海上風電場投運時曾引發廣泛關注,不僅實現5兆瓦機型在國內的首次批量應用,171米的風輪直徑更是創造當時的全球之最,引領大葉輪機型的發展潮流。
  
  中國海裝工程公司副總經理兼海上運維中心總經理劉城形象地解釋說,H171-5MW機組的掃風面積相當于3個足球場那么大,足以停下兩架空客A380。其單位千瓦掃風面積為4.59平方米,比當時的主流海上風電機組增加30%以上,在7.56米/秒的年平均風速下,即可使年利用小時數達到3957小時,“非常適合應用于江蘇、山東等長江以北的海域”。
  
  這得到了周國棟的認同,“實際運行中,H171-5MW機型的發電效率確實高很多,我們的后續項目會大規模安裝該機組。”
  
  據悉,2018年,八仙角海上風電場中的H171-5MW機組共發電19788萬千瓦時,年利用小時達到3957小時,比其他廠家平均值高出近1000小時。
  
  
  優異的運行表現折射出中國海裝在海上風電機組研發上的深厚積淀。為外界所不熟知的是,依托以“國家海上風力發電工程技術研究中心”為基礎構建起的研發體系,這家企業早在2010年就著手設計5兆瓦機組。2012年,2臺樣機并網發電。而從樣機試運行到小批量投運,則歷時5年。
  
  劉城認為,之所以如此,源于中國海裝對海上風電機組可靠性的執著追求。“只有我們認為一款產品已經成熟,部件性能非常穩定了,才會選擇批量裝機。”
  
  期間,中國海裝的技術團隊對樣機進行過多項優化,包括引入最新的技術手段,顯著提升了機組的性能。
  
  例如,在繼承上一代H151-5MW機組先進性的基礎上,H171-5MW機型還應用葉根分離載荷、螺栓疲勞載荷計算、變槳軸承設計迭代分析方法、系統分解等技術,同時優化了增速箱和變槳、偏航軸承齒輪的安全系數。此外,該機型采用當時全球5兆瓦機組中重量最輕的葉片,主梁為碳纖維真空灌注,主梁厚度及長度均為全球第一。
  
  
  目前,5兆瓦機型已經形成128米、151米、171米等不同風輪直徑規格的多個型號,6兆瓦平臺也即將推出,能夠很好地滿足我國不同海域的風電開發需求。同時,該公司還啟動了“10MW級海上風電機組研制與開發”項目,將進一步豐富其海上風電機組產品譜系。
  
  考慮到隨著海上風電機組日趨大型化,海上運輸和安裝難度也會相應增加,中國海裝積極利用船舶重工集團公司在船舶制造領域所具有的雄厚實力,正在打造海上風電安裝船。
  
  “我們實際上并不負責施工,但仍希望通過向產業鏈上下游延伸,加快推動我國海上風電生態體系走向成熟。”劉城強調。
  下一站:智慧運維
  
  海上風電運維后市場是中國海裝當下持續發力的重點方向,一個標志性節點是海上運維中心的成立,八仙角海上風電場則在加速這一進程中起著重要的推動作用。
  
  “這個項目對于我們優化運維服務業務的意義在于:增強了人員的技能,搭建起運維船舶管理體系、安全體系、備件儲備體系,提升了智能化運維水平。”劉城表示。
  
  目前,八仙角海上風電場已經進入質保期,現場共有10余名的中國海裝售后人員,業主方則配備11名運維人員。前者的服務水平得到周國棟的肯定。“20臺機組的日常檢修由他們自己的工程公司負責,團隊的實力還是很強的。這些現場人員付出了大量汗水,在整個過程中沒有掉過鏈子。”
  
  優秀的職業素養源自于完善的培訓體系以及嚴格的制度要求。除了必須獲得“四小證”、登高證等資質證件,中國海裝會對現場人員開展諸多培訓,內容涉及機組理論知識、海洋環境以及急救等。
  
  
  記者獲悉,該公司還依托八仙角海上風電場,在位于如東的江蘇總裝基地設立運維培訓中心,組織新員工到現場參加為期三個月以上的實訓,為海上風電業務發展儲備人才。
  
  對于出海作業,中國海裝和業主方都深知其中隱藏著諸多風險,因此制定了周密的防范機制。出海前,開展安全教育,并組織相關考試。出發和歸來時均需登記,記錄期間的檢修情況。作業過程中,要求必須有完備的安全措施才能登高。應急預案自然也是不可或缺的。
  
  據劉城介紹,鑒于歐洲海上風電起步早,培訓機制和安全標準較為完備,中國海裝目前正在與一些國外機構就此展開合作。
  
  
  在注重人員培養的同時,這家企業還大力構建智慧運維體系,從重慶總部到各個風電場,一條數字化之路已經打通。
  
  據了解,八仙角海上風電場的所有機組都已經接入中國海裝在重慶總部打造的LiGa大數據平臺。基于內嵌的全場機組健康狀態模型,通過將之與采集到的實際運行數據對比,如果某個參數出現異常,系統會自動作出預測,生成運維工單傳至現場,從而實現預防性維護。
  
  
  在現場,售后人員打開手機客戶端就可以接收運維計劃,上面詳細列明工作的時間、地點、內容等信息。運維小組還能夠通過該軟件完成安全學習,包括工作環境中的安全源識別,并在每項任務結束后及時進行總結。
  
  當然,推進這項工作的并不是只有中國海裝,業主方也基于自主開發的大數據智慧運維系統,在八仙角海上風電場實行“南京遠程監控,現場無人值班、少人值守”的運維模式:由南京遠程監控中心24小時值班,負責設備監控操作、數據統計總結、設備異常或故障時聯系現場人員、指導運行方式調整等運行相關工作;現場人員則24小時待命,負責設備巡檢、維護、消缺等。
  
  “我們雙方的目標是一致的,就是希望借助先進的技術手段使運維策略趨于最優,盡可能減少發電量損失,并降低運維成本。”劉城指出。
 
關鍵詞: 海上風電
 
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