國內(nèi)海上風(fēng)電機組制造技術(shù)日趨成熟，針對不同區(qū)域風(fēng)能資源條件，各機組制造廠家已開發(fā)出不同結(jié)構(gòu)型式和控制調(diào)節(jié)方式的風(fēng)電機組，并進入了商業(yè)運行階段。根據(jù)場址風(fēng)能資源條件和風(fēng)況特征及海上的特殊水文氣象條件，選擇更優(yōu)的機組型式是海上風(fēng)電項目建設(shè)必經(jīng)之路。本文主要闡述了海上機組選型需考慮的主要原則、認證、設(shè)計、運輸安裝與運維及技術(shù)經(jīng)濟性評價等方面的基本要求。

（作者單位 ：詹海寧，邳帥，齊博，朱永飛 ：中海油能源發(fā)展股份有限公司清潔能源分公司 ；楊金寶，張文平，高松玉 ：金風(fēng)科技股份有限公司）

機組選型原則 

海上風(fēng)電機組的選型一般遵循安全、可靠、經(jīng)濟、適用、 易維護等基本原則。

 一、遵循安全性，符合安全等級要求原則 

風(fēng)電機組應(yīng)先滿足一定的安全等級要求，根據(jù)項目場 區(qū)的年平均風(fēng)速、50 年一遇最大風(fēng)速 /50 年一遇極大風(fēng)速、湍流強度參數(shù)，確定場區(qū)的 IEC 類型，進而初步選取適用于對應(yīng)風(fēng)區(qū)類型的風(fēng)電機組。IEC 關(guān)于風(fēng)區(qū)類型的定義如表 1 所示。

二、遵循可靠性原則

選擇風(fēng)電機組時應(yīng)考慮其運行的可靠性，包括電能質(zhì)量、對電網(wǎng)的要求、對運行環(huán)境適應(yīng)性及可用率保證等方面。根據(jù)《風(fēng)電場接入電力系統(tǒng)技術(shù)規(guī)定》（GB/T19963—2011）、《風(fēng)電機組并網(wǎng)監(jiān)測管理暫行辦法》（國家能源局〔2010〕433 號）、《關(guān)于加強風(fēng)電安全工作的意見》（國家電監(jiān)會〔2012〕）等的規(guī)定，風(fēng)電機組應(yīng)具備低電壓穿越能力和必要的高電壓穿越能力 ；具備有功功率控制能力，接收并自動執(zhí)行電網(wǎng)調(diào)度部門發(fā)出的有功功率控制信號，以保證電力系統(tǒng)穩(wěn)定性 ；在不同的輸出功率時，其功率因數(shù)應(yīng)在 -0.95 ～ +0.95 變化范圍內(nèi)可控 ；具有自動電壓調(diào)節(jié)能力的動態(tài)無功補償裝置，補償容量以接入系統(tǒng)批復(fù)為準(zhǔn)，其調(diào)節(jié)范圍和響應(yīng)速度應(yīng)滿足并網(wǎng)點電壓調(diào)節(jié)的要求。

三、遵循氣候適應(yīng)原則

根據(jù)特殊氣候選擇機組，需考慮各種氣候因素（如高溫、低溫、臺風(fēng)、雷暴等）、水文等對風(fēng)電機組安全的影響。根據(jù)風(fēng)電場的氣候環(huán)境情況，選擇適用的具有特殊適應(yīng)性的風(fēng)電機組，如海上風(fēng)電機組需要具備抗潮濕、防鹽霧腐蝕等特性，在臺風(fēng)多發(fā)區(qū)域需要具備抗臺風(fēng)特性，在雷暴多發(fā)區(qū)域需要具有適當(dāng)防雷保護。同時，根據(jù)項目的溫度范圍選擇對應(yīng)的常溫型或低溫型風(fēng)電機組。常見機組類型適用條件如下 ：

常溫型機組適用條件為運行溫度范圍 ：-20℃～ +40℃，生存溫度范圍 ：-30℃～ +50℃。

低溫型機組適用條件為運行溫度范圍 ：-30℃～ +40℃，生存溫度范圍 ：-40℃～ +50℃。

抗臺型機組適用條件為 10min 最大風(fēng)速 ：57m/s，3s 極大風(fēng)速 ：79.8m/s。

四、遵循易維護性原則

海上風(fēng)電場運行環(huán)境復(fù)雜，運行維護較陸上風(fēng)電場難度大、費用高，特別是海況惡劣時，維修人員難以到達，故障較難排除。因此，風(fēng)電機組除應(yīng)具備較高的可靠性外，也應(yīng)具備易維護性。

五、遵循經(jīng)濟性原則

風(fēng)電機組選型應(yīng)從風(fēng)電場全生命周期成本收益角度考慮，實現(xiàn)整體效益的最大化。根據(jù)場區(qū)特征，采用不同機型進行排布設(shè)計，計算優(yōu)選發(fā)電量最高、工程造價最低、度電成本最低的機組。

六、遵循的其他原則

除以上選型原則外，影響機組選型的運輸、安裝條件特殊要求，基礎(chǔ)和施工等配套技術(shù)能力要求，單機容量大型化要求，工程進度保證要求等方面，在機組選型中同樣應(yīng)予以考慮。

認證要求 

我國風(fēng)電行業(yè)已建立起相對比較完善的風(fēng)電整機裝備 及部件認證體系，風(fēng)電機組整機裝備及部件的認證逐步成 為保證風(fēng)電產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的重要管理手段和方法。目前， 風(fēng)電領(lǐng)域的認證范圍包括 ：

一、設(shè)計認證

通過設(shè)計評估、場地試車（安全及功能試驗）和生產(chǎn)

質(zhì)量控制審核等，對新型號的風(fēng)電機組與標(biāo)準(zhǔn) / 規(guī)范的符合

性進行評價。機組選型時，應(yīng)選擇獲得行業(yè)專業(yè)機構(gòu)設(shè)計

認證證書的機型。

二、型式認證

2014 年 9 月，國家能源局印發(fā)《關(guān)于規(guī)范風(fēng)電設(shè)備市

場秩序有關(guān)要求的通知》（國能新能〔2014〕412 號），明

確提出風(fēng)電行業(yè)要“加強檢測認證確保風(fēng)電設(shè)備質(zhì)量”。文

件規(guī)定，接入公共電網(wǎng)的風(fēng)電機組及其風(fēng)輪葉片、齒輪箱、

發(fā)電機、變流器、控制器和軸承等關(guān)鍵零部件必須進行型

式認證。機組選型時，需要確認機型具備相應(yīng)的機組型式

認證證書。

三、項目認證

評估已通過型式認證的風(fēng)電機組和對應(yīng)的塔基設(shè)計是否能與外界條件、可適用的構(gòu)造物和電力參數(shù)相適應(yīng)，以及是否滿足與指定場地有關(guān)的其他要求。項目認證應(yīng)評估場地的風(fēng)能資源條件、其他環(huán)境條件、電網(wǎng)條件及土壤特性是否與定型風(fēng)電機組設(shè)計文件和塔基設(shè)計文件中確定的參數(shù)相一致。因此，機組選型時，應(yīng)選擇經(jīng)過項目認證的機型。

設(shè)計要求

一、機組選型設(shè)計要求

遵循機組選型原則，首先應(yīng)確定機組的安全等級，結(jié)合風(fēng)能資源進行機組適應(yīng)性分析，確定市場主流機型及風(fēng)電機組容量范圍，再按照不同機型方案進行風(fēng)電機組機位及海纜路由布置。機型選擇包括以下內(nèi)容 ：

（1）比較特征參數(shù)、結(jié)構(gòu)特點、塔架形式、功率曲線和控制方式。

（2）根據(jù)充分利用風(fēng)電場海域和減小風(fēng)電機組間相互影響的原則，對各機型方案機組進行初步布置，計算各機組的年發(fā)電量。

（3）初步估算各機型方案風(fēng)電機組及相關(guān)配套投資、運行費用。

（4）通過技術(shù)經(jīng)濟比較提出推薦機型。

二、機組結(jié)構(gòu)設(shè)計載荷工況要求

海上風(fēng)電機組的設(shè)計應(yīng)滿足 IEC 61400 系列規(guī)范中關(guān)于風(fēng)電機組的基本設(shè)計要求，并重點對在機組全生命周期內(nèi)威脅到結(jié)構(gòu)完整性、安全性的各種設(shè)計載荷工況予以周全考慮，包括重力和慣性載荷、空氣動力載荷、驅(qū)動載荷、水動力載荷、海冰載荷、尾流載荷、船舶沖擊載荷、渦激振動等。應(yīng)將具有合理發(fā)生概率的各相關(guān)載荷工況與控制系統(tǒng)動作結(jié)合在一起考慮。

三、機組電力系統(tǒng)選型設(shè)計要求

海上風(fēng)電機組接入集電線路的電壓等級目前一般有35kV 和 66kV 兩種，據(jù)此可選擇單臺機組配套升壓設(shè)備的電壓等級。海上風(fēng)電機組需具備一定的無功補償功能，且應(yīng)滿足功率因數(shù)在超前0.95到滯后0.95的范圍內(nèi)動態(tài)可調(diào)。

四、機組運行設(shè)計要求

風(fēng)電機組應(yīng)具有低電壓和高電壓穿越能力。風(fēng)電場運行適應(yīng)性應(yīng)符合下列規(guī)定 ：

（1）風(fēng)電場并網(wǎng)點電壓在標(biāo)稱電壓的 0.9 ～ 1.1 倍額定電壓范圍（含邊界值）內(nèi)時，風(fēng)電機組應(yīng)能夠正常運行。

（2） 電 力 系 統(tǒng) 頻 率 在 49.5 ～ 50.2Hz 范 圍（ 含 邊界 值 ） 內(nèi) 時， 機 組 應(yīng) 能 夠 正 常 運 行 ；電 力 系 統(tǒng) 頻 率 在48 ～ 49.5Hz 范圍（含 48Hz）內(nèi)時，機組應(yīng)能夠不脫網(wǎng)運行 30min。

運輸安裝要求

海上風(fēng)電機組運輸包括陸運、陸轉(zhuǎn)海和海運三個階段。

海上風(fēng)電機組選型需要充分考慮滿足風(fēng)電項目場址的交通運輸條件，包括道路、車輛、碼頭、船舶等。隨著海上風(fēng)電機組單機容量不斷增大，機組重量和體積不斷攀升，對運輸高度、地面承載力、運輸坡度、運輸穩(wěn)性、碼頭吊裝能力和水深、船舶甲板面積等不斷提出新的要求。因此，機組選型時要確定海上風(fēng)電機組及部件的運輸模式，一般有整機商碼頭交貨、整機商機位點交貨兩種。選擇碼頭交貨時，還應(yīng)考慮機組部件尺寸和重量對海上運輸船運輸能力和方式的要求，如船舶甲板上塔架立式、葉片疊放等運輸方式。

對于海上風(fēng)電機組的安裝，要充分考慮海上項目的不同海況、作業(yè)環(huán)境、船機資源和碼頭資源等條件，要求海上風(fēng)電機組具備整體安裝或分體安裝的工藝和裝備。整體安裝分為整體吊裝和整體拖航安裝，具有對運輸船和安裝船的施工能力要求高、工裝工藝復(fù)雜、對組裝場地要求高、適合于短距離運輸?shù)忍攸c。目前，行業(yè)中使用整體安裝的較少。分體安裝為海上風(fēng)電機組常用的安裝方式，是先將風(fēng)電機組的各個部件由制造廠家運輸至裝配基地進行模塊化組裝，再將各個部件和組件運輸至海上風(fēng)電場進行順序安裝。分體安裝最大的優(yōu)點是對安裝船的起重能力要求相對較低，可以充分利用市場上的安裝船舶資源，但海上安裝效率會比整體安裝低。分體安裝分為三種方式 ：三葉式安裝、兔耳式安裝和單葉式安裝。隨著海上風(fēng)電機組葉片尺寸越來越大，從成本、安裝船性能要求及吊裝安全可靠性方面考慮，水平單葉式吊裝方式將是未來大容量海上風(fēng)電機組的主流安裝方式。

運維要求

海上風(fēng)電機組運維需要高可靠性保障。對于部分關(guān)鍵部件和故障高發(fā)的組件，應(yīng)采用雙備份冗余設(shè)計，如變流器冗余設(shè)計多套變流器模塊可獨立運行、機械式 + 超聲波風(fēng)速風(fēng)向儀、變槳通訊及偏航電機冗余設(shè)計等 ；或采用模塊化設(shè)計、多回路設(shè)計等，增加發(fā)電的可靠性，減少故障引發(fā)的停機時間。

在機組維護周期方面，需要考慮海上風(fēng)電機組的長周期維護。海上風(fēng)電機組的計劃性年度維護周期從傳統(tǒng)的一年一次，通過可靠性設(shè)計和設(shè)備性能提升等，形成兩年或三年一次。

技術(shù)經(jīng)濟性比選要求

海上風(fēng)電項目的建設(shè)條件更為復(fù)雜，投資風(fēng)險較高，應(yīng)綜合考慮投資條件、機組產(chǎn)品競爭力水平、建設(shè)條件等開展項目綜合評價，實現(xiàn)項目優(yōu)劣比選，判定項目的技術(shù)經(jīng)濟可行性。海上風(fēng)電項目技術(shù)經(jīng)濟評價應(yīng)按照定量分析與定性分析相結(jié)合，動態(tài)分析與靜態(tài)分析相結(jié)合，以定量分析、動態(tài)分析為主的原則開展，確保評價結(jié)論的客觀性、準(zhǔn)確性和科學(xué)性 ；應(yīng)遵循“同時期、同區(qū)域、同類型”的競爭力分析原則，確保費用與效益計算范圍的一致性，穩(wěn)妥確定評價參數(shù)，結(jié)合項目所在地區(qū)、所處行業(yè)及項目自身特點進行技術(shù)經(jīng)濟評價分析。

海上風(fēng)電項目技術(shù)經(jīng)濟評價判據(jù)參數(shù)一般采用“X+Y”體系?！癤”為項目經(jīng)濟評價通用指標(biāo)，包括全投資財務(wù)內(nèi)部收益率（稅前）、全投資財務(wù)內(nèi)部收益率（稅后）或資本金財務(wù)內(nèi)部收益率。“Y”為結(jié)合行業(yè)水平和項目特點增加的輔助指標(biāo)，在項目滿足通用指標(biāo)的前提下，做進一步參考評判，包括總投資收益率和資本金凈利潤率。海上風(fēng)電項目經(jīng)濟評價判據(jù)參數(shù)詳見表 2。

判據(jù)參數(shù)的數(shù)值為行業(yè)常規(guī)水平。其中，全投資財務(wù)內(nèi)部收益率（稅前）、全投資財務(wù)內(nèi)部收益率（稅后）和資本金財務(wù)內(nèi)部收益率之間為“或”的關(guān)系，測算結(jié)果大于等于判據(jù)參數(shù)時可予以接納，說明項目具有投資價值，具有較為合適的投資回報。針對具體項目情況，包含機組選型的測算結(jié)果可作為投資決策的主要依據(jù)之一。