海上风电与陆上风电差异性分析（下）

文 | 崔东岭，摆念宗

四、微观选址

风电场的微观选址对风电项目具有非常重要的作用。微观选址的好坏，不仅影响风电场的发电量，还对机组的寿命和故障情况有影响。微观选址的影响因素主要包括风速、湍流强度、地形、道路、障碍物、周围环境等，科学合理的微观选址，可以降低机组湍流强度，避免机组部件损坏，延长机组寿命，提高机组发电量。

陆上风电机组的排布根据地形的不同有较大差异。对于陆上平坦地形（如戈壁、平原）来说，风电机组的排布一般都比较规律，主风向间距为5～9倍风轮直径，垂直主风向间距为3～5倍风轮直径。对于山地或丘陵风电场，风电机组的排布一般不规律，除受到地形、道路、障碍物等影响外，最关键的就是风速和湍流强度。

海上机组的排布一般比较规律。海上的风能资源特性比较稳定，因此，它不是影响微观选址的首要因素。生态保护、航道、海洋勘探、养殖等因素对风电机组的排布都会有影响。同时，由于海上湍流强度小，不利于尾流区风速恢复，因此，在风电机组排布过程中，要考虑增大主风向风电机组间距，以减少尾流效应。

五、风电机组基础

风电机组基础是承受并传递风电机组与各类环境载荷的最终部位，因此，其对于保证风电机组安全稳定运行非常重要。由于应用的场景不同，陆上风电和海上风电的基础结构相差较大。

表3 海上风电与陆上风电机组基础形式对比

陆上风电场的地质结构一般为砂石、黄土、岩石等，因此，风电机组基础的设计施工安装较为容易。目前常见的陆上风电基础形式有重力式扩展基础、桩基基础、岩石锚杆基础等。重力式扩张基础由于施工简便、工程经验丰富，目前应用广泛；桩基基础主要适用于天然地基承载力不足或持力层较深的地区，如湿陷性黄土地区；岩石锚杆基础则适用于承载力较好的岩石地基。根据连接方式的不同，风电机组基础又可以分为基础环式和预应力锚栓基础。基础环式基础是通过钢制基础环将上部荷载传递至基础；预应力锚栓基础则是通过施加过预应力的锚栓连接塔筒和基础，从而传递荷载。

海上风电的基础结构设计要考虑海床的地质结构、离岸距离、海上风和浪的载荷特性以及海流、海冰等的影响。目前，海上风电机组的基础形式主要有重力式、桩式、导管架式、负压桶式以及漂浮式结构，不同的基础形式适用于不同的水深，具体特点如表3所示。与陆上风电相比，海上风电机组基础的施工难度非常大，主要受施工窗口期、船机设备运输能力与施工能力、施工单位施工工艺水平等因素影响。同时，对海上风电机组基础的设计参数和施工质量要求也更高，不仅要能应对各种恶劣的海上气候环境，还必须具有较高的防腐蚀性能。由于环境复杂、施工难度大，海上风电机组基础的成本也比陆上风电机组高很多，约占整个项目成本的20%～25%，并且随着水深和离岸距离的增加，海上风电机组基础的成本相应上升。因此，考虑到风电机组基础的设计和施工难度，风电机组与风电机组基础一体化设计，也逐渐成为海上风电一个重要的技术攻关方向。

六、施工准备

施工准备是项目在施工建设前的准备工作，良好的施工准备工作，能够提高施工速度、提升施工质量、降低成本、确保安全。

陆上风电的施工准备有比较成熟的工作程序，难度相对较小。天气条件对施工准备的影响较小，施工设备、临建设施等都比较容易组织实施，因此，不会出现重大影响因素。其中，道路和施工电源等条件相对比较重要，需要提前管控实施。

海上风电的外部环境恶劣、施工技术难度大、施工成本高，因此，施工准备工作难度也较大。海上施工作业条件、船机设备施工能力、码头装载能力等，都会影响海上风电的施工准备工作，因此，一般要求海上风电项目在可行性研究阶段和初步设计阶段编制施工组织设计专题报告，对施工方案进行充分地论证和优化。

七、施工建设

目前国内的装备市场已经完全能够胜任陆上风电的建设要求，因此，陆上风电的施工建设较容易。陆上风电一般采用大型车辆运输叶片、塔筒等设备，在机位点就地完成各部分的安装，吊装方式采用“主吊+副吊”组合形式，吊装设备则根据风电机组设备的重量选用相应吨位的汽车吊或履带吊。陆上风电的施工进度主要受整机、塔筒等设备的供货能力以及天气因素（如大风、雨雪等）的影响。

海上风电的施工建设与陆上风电不同，施工作业面包含陆上区域和海上区域，作业范围广、协调难度大。受天气因素影响，海上风电的施工窗口期也比较短。这些特点都给海上风电的施工建设带来了困难。另外，随着海上风电迅猛发展，海上风电施工装备也存在较大市场缺口，装备数量和装备技术能力不足，码头资源和转运能力有限。海上风电机组的安装一般可采用整体安装和分体安装两种方式。整体安装起吊次数少、海上施工周期短，但需要在陆地设置组装场地，同时对码头装载能力、驳船装载能力、起重能力要求非常高，且运输风险大；分体安装对码头装载能力、驳船装载能力、起重能力要求较小，但是起吊次数多、施工周期长。目前海上风电施工主要采用分体安装的方式。为应对海上复杂的施工环境，海上风电施工过程中还需要监测海洋气象预报和潮位等信息，以便充分利用施工窗口期，及时合理安排施工任务和措施，保障施工安全。

八、运行维护

陆上风电场的运行维护已经逐步市场化、规范化。风电场都采用集中监控模式，中央控制室能够监测控制每台风电机组设备的工作状态，当出现故障停机时，检修人员迅速前往现场进行检修消缺。除雨雪、大雾、大风等恶劣天气外，陆上风电场一般都能够及时迅速地开展现场检修。对于叶片、发电机、齿轮箱等大部件维修更换，陆上风电场也已经形成比较成熟的市场，吊装设备、技术人员、安装工人、技术改造升级等，都已经市场化、透明化。为更好地管理风电场，集控中心、备品备件集中仓储、区域大检修等新技术、新理念、新模式不断发展，提高了风电场的运行维护水平。在人员要求方面，陆上风电的运维人员要具备相应的技能资质，接受相关的培训，包括电气、机械、控制等专业知识培训，并获得电工证、登高证等特种作业证书。

表4 海上风电与陆上风电施工特点对比

表5 海上风电与陆上风电运维特点对比

相比于陆上风电，海上风电作业环境恶劣，受风浪、台风、风暴潮、团雾、雷雨等恶劣天气影响明显，交通运输困难，海上作业窗口期短，运行维护难度较大；运维经验较缺乏，对于设备故障无法及时进行检修消缺，风电机组故障率高，安全风险大。对于大部件的维修更换，海上风电需要使用专用船舶进行作业，但是相对欧洲海上风电，目前国内市场上比较缺乏专业的海上风电运维装备。盐雾腐蚀、海洋附着生物等因素对风电机组基础、设备防腐要求高，海上风电运维需要开展专业性强、工作量大的防腐工作。此外，海上风电作业风险大、环境复杂，对人员的技术水平和技能资质要求更高。海上风电运维人员需要接受系统的培训，不仅要具备电气、机械等专业知识，同时还要有海洋水文气象相关知识；不仅要取得电工证、登高证等特种作业资质，还应掌握海上求生、海上自救、船舶靠泊等基本技能。目前，海上风电在智慧运维方面也不断开展大量研究，希望通过大数据平台、故障预警、智能诊断、运维策略优化、备品备件管理等技术提高运维水平和效率，降低运维成本。

结论

海上风电与陆上风电具有许多不同的特点。相比于陆上风电，海上风电面临着诸多挑战，例如，风能资源及水文基础数据少、施工建设难度大、建设成本高、设备运维困难等。但是随着海上风电进入大规模开发期，海上风电的市场会越来越成熟，政策机制和标准体系也将逐步建立与完善。在海上风电未来的发展中，应结合我国海上风电的特点，借鉴陆上风电开发经验和海上风电国际先进经验，开展一体化风电机组、智能风电机组、智慧运维管理等先进技术的应用研究，努力促进我国海上风电朝着规模化、高质量、低成本方向发展。