关键技术：稳固基础确保海上风电机组可靠性

（1）基础结构

由于风电机组的基础往往会承受水动力、空气动力双重载荷作用，因此，需要综合考虑风及波浪载荷、支撑结构和风电机组机头的动力学特性以及风电机组控制系统的响应等因素。

海上风电机组的安装与维护成本远远高于陆上风电机组，这就对其可靠性提出了较高的要求。风电机组的基础是决定风电机组可靠性的重要因素之一，基础是否稳定对于海上风电机组而言起着至关重要的作用。常用的基础形式有：

1）单桩固定式基础；

2）三脚架固定式基础；

3）重力固定式基础；

4）漂浮式基础等。

其中，漂浮式海上风电机组依赖漂浮式基础，由于能够较大程度地利用深海的风能资源，成为深海风能利用的主要方式，目前已有多个国家建立或者正在规划建设漂浮式海上风电场。相对固定式风电机组，漂浮式风电机组增加了浮式基础和锚泊系统，其外界载荷条件比固定式风电机组复杂，除了受通常的风浪载荷以外，还因漂浮式风电机组本身由于基础漂浮不固定，其漂浮特性对风电机组发电性能也有较大影响，需要考虑漂浮特性对风电机组的影响，如低频响下的漂浮式风电机组塔架的动态响应，漂浮式风电机组叶片和塔架的长周期极限载荷，漂浮式基础的波浪载荷计算和锚泊系统建模，并通过建立漂浮式风电机组的性能分析模型，研究漂浮特性对风电机组发电性能的影响。分析结果表明，漂浮特性对风电机组的发电性能影响较大，需要针对漂浮式风电机组进行改进设计。表1-5所示为某5MW漂浮式变速恒频风电机组主要技术参数。

表1-5 5MW漂浮式变速恒频风电机组主要技术参数

（2）场址选择

场址选择需要综合考虑多种因素，如：

1）风资源情况；

2）项目建设许可；

3）获得的场址海域使用权；

4）附近电网基本情况，包括陆地变电站位置、电压等级、可接入的最大容量以及电网规划等；

5）场址基本情况，包括范围、水深、风能资源以及海底地质条件；

6）环境制约，包括当地旅游业、水中生物、鸟类、航道、渔业和海防等负面影响等。

（3）测风(www.xing528.com)

初步评价风资源，借助气象站、石油钻井平台、卫星以及船只的观测资料，初步估算发电量；在场址安装50～80m高测风塔，或10m高浮标测风设备，通过综合浮标测得的长期数据与测风塔测得的短期数据，经相关性分析，减少风能资源评估的不确定性。另外，还可以采用超声波雷达测风仪、激光雷达测风仪测风，该测风设备的特点是安装在低平面、流动平台上测量高空风能资源。

（4）现场勘查

采用声纳计全面测量场址和拟定送出电缆路线等区域的水深，绘制等水深地图，为微观选址和送出路线的设计提供依据；收集场址各处的海底表层土壤数据；海底钻孔勘查，深度在20～40m之间，了解海底地质情况；现场测量波浪、潮汐和海流等数据，用于计算基础等水下建筑物的水动力学载荷。

（5）海上风电机组

相对于陆上风电机组，同等额定功率的海上风电机组的叶轮直径更大，额定风速低；风速随高度的变化率小，轮毂高度降低；叶尖速比高，因不受噪声限制，风电机组转速提高了10％～35％，增加了发电量，降低了转矩、减少了传动系统的重量和成本；提高了防腐保护标准，如内部采用密封措施，齿轮箱和发电机的空冷系统的空气通过再循环来实现热交换，避免外界空气的进入，同时在机舱和塔架内安装除湿装置。通过增加塔架壁厚、采用电极防护和镀层措施加强外部防腐保护。同时，还采用新型结构形式，包括二叶片、下风向、柔性叶片，高压发电机（输出电压为10kV）和高压输电方式，如由直流取代交流以减少损耗。

海上风电机组需要适应海上特殊环境，早期的一些大型海上风电场，因为海上风电机组频繁出现故障，并未达到预期的运行效果，防盐雾、防潮等关键因素制约了海上风机的制造，其主要部件，如齿轮箱、箱式变压器都需要经过反复测试才能真正应用于海上的恶劣环境中。

增强海上风电机组低电压穿越能力。当电网发生故障导致电压降低时，为了保护风电机组，风电机组自动从电网中解列。一方面，将导致电网损失大量负荷；另一方面，由于很多的扰动和故障是瞬时的，当扰动结束后风电场又会再次投入运行时，随着风电机组单机容量的增大和风电场规模的扩大，这个投切的过程对电网的冲击很大。根据我国国家电监会2011年12月2日发布的《风电安全监管报告》，2010年，全国共发生了80起风电机组脱网事故，其中，一次损失风电出力10～50万kW的脱网事故14起，一次损失风电出力50万kW以上的脱网事故1起。为了保障电网的安全稳定运行，要求风电机组必须具备低电压穿越能力，确保在端电压降低到一定值的情况下风电机组仍然不脱离电网而继续运行，甚至还可为系统提供一定无功支持以帮助系统恢复电压。截至2011年8月底，全国已有34个风电场、434万kW的风电机组完成了低电压穿越能力改造，约占全国并网装机容量的11.06％。

（6）吊装设备

吊装船目前主要采用改装船，投入运行的有A2SEA改装船、五月花“决意”号、“跳爆竹”号等。其中，五月花“决意”号是世界上首艘海上风电机组吊装船，由我国某造船厂建造，有6条可以伸缩的支架，作业水深超过35m，还可以安装基础，无需其他船只协助，一次可以装载10台风电机组到达指定地点。也有采用机组整体提升和安装的方法。

2011年，我国还制造了800t全回转海上风电安装船，该船长99m、宽43.2m、深6.5m，是目前国内用于潮间带海域作业起重量最大的专用船舶，配备了国内目前最大的打桩锤，其施工工艺达到国内领先水平。该船舶是根据国内沿海水文条件特别订制的起重设备，适用我国沿海潮间带、浅海区域施工作业，如风电项目单桩沉桩、风电机组安装等海洋施工。

（7）新型电气传输技术

海上风电机组按一定规律排布，串联在一起形成若干独立的组，分别与海上升压变电站相连接，如35kV/150kV，还开发专用的硅树脂冷却变压器，密封性好，无需特殊外壳就能够在恶劣环境（潮湿和盐雾）中运行；采用柔性直流输电技术（VSC-HVDC）联网，利于降低电网损耗，改善电能质量等。

（8）系统接入与稳定运行

近海风电场电网接入和并网技术，包括电网稳定性、可靠性等，以及海上风电场并网控制策略。

（9）海底电缆铺设

海底电缆作为连接海上风电场的主要手段，在总投资中占有很大比例，海底电缆的铺设主要考虑航道安全与水文条件等因素，受到海底潮汐与洋流的影响，实际安装非常耗时，且往往因缺乏相关水文资料，需要进行长时间的调研，才可顺利进行。

（10）海上变电站

作为深海大型海上风电场输电的关键设备，海上变电站是整个海上风电场可靠性的保障，对于提高海底电缆的可靠性、降低成本有重要的影响。由于其特殊的安装与运行地理位置，建设过程中需要考虑众多问题，如防盐雾、设备散热、选址与占地等。