海上風電與陸上風電差異性分析（下）

文 | 崔東嶺，擺念宗

四、微觀選址

風電場的微觀選址對風電項目具有非常重要的作用。微觀選址的好壞，不僅影響風電場的發電量，還對機組的壽命和故障情況有影響。微觀選址的影響因素主要包括風速、湍流強度、地形、道路、障礙物、周圍環境等，科學合理的微觀選址，可以降低機組湍流強度，避免機組部件損壞，延長機組壽命，提高機組發電量。

陸上風電機組的排布根據地形的不同有較大差異。對于陸上平坦地形（如戈壁、平原）來說，風電機組的排布一般都比較規律，主風向間距為5～9倍風輪直徑，垂直主風向間距為3～5倍風輪直徑。對于山地或丘陵風電場，風電機組的排布一般不規律，除受到地形、道路、障礙物等影響外，最關鍵的就是風速和湍流強度。

海上機組的排布一般比較規律。海上的風能資源特性比較穩定，因此，它不是影響微觀選址的首要因素。生態保護、航道、海洋勘探、養殖等因素對風電機組的排布都會有影響。同時，由于海上湍流強度小，不利于尾流區風速恢復，因此，在風電機組排布過程中，要考慮增大主風向風電機組間距，以減少尾流效應。

五、風電機組基礎

風電機組基礎是承受并傳遞風電機組與各類環境載荷的最終部位，因此，其對于保證風電機組安全穩定運行非常重要。由于應用的場景不同，陸上風電和海上風電的基礎結構相差較大。

表3 海上風電與陸上風電機組基礎形式對比

陸上風電場的地質結構一般為砂石、黃土、巖石等，因此，風電機組基礎的設計施工安裝較為容易。目前常見的陸上風電基礎形式有重力式擴展基礎、樁基基礎、巖石錨桿基礎等。重力式擴張基礎由于施工簡便、工程經驗豐富，目前應用廣泛；樁基基礎主要適用于天然地基承載力不足或持力層較深的地區，如濕陷性黃土地區；巖石錨桿基礎則適用于承載力較好的巖石地基。根據連接方式的不同，風電機組基礎又可以分為基礎環式和預應力錨栓基礎。基礎環式基礎是通過鋼制基礎環將上部荷載傳遞至基礎；預應力錨栓基礎則是通過施加過預應力的錨栓連接塔筒和基礎，從而傳遞荷載。

海上風電的基礎結構設計要考慮海床的地質結構、離岸距離、海上風和浪的載荷特性以及海流、海冰等的影響。目前，海上風電機組的基礎形式主要有重力式、樁式、導管架式、負壓桶式以及漂浮式結構，不同的基礎形式適用于不同的水深，具體特點如表3所示。與陸上風電相比，海上風電機組基礎的施工難度非常大，主要受施工窗口期、船機設備運輸能力與施工能力、施工單位施工工藝水平等因素影響。同時，對海上風電機組基礎的設計參數和施工質量要求也更高，不僅要能應對各種惡劣的海上氣候環境，還必須具有較高的防腐蝕性能。由于環境復雜、施工難度大，海上風電機組基礎的成本也比陸上風電機組高很多，約占整個項目成本的20%～25%，并且隨著水深和離岸距離的增加，海上風電機組基礎的成本相應上升。因此，考慮到風電機組基礎的設計和施工難度，風電機組與風電機組基礎一體化設計，也逐漸成為海上風電一個重要的技術攻關方向。

六、施工準備

施工準備是項目在施工建設前的準備工作，良好的施工準備工作，能夠提高施工速度、提升施工質量、降低成本、確保安全。

陸上風電的施工準備有比較成熟的工作程序，難度相對較小。天氣條件對施工準備的影響較小，施工設備、臨建設施等都比較容易組織實施，因此，不會出現重大影響因素。其中，道路和施工電源等條件相對比較重要，需要提前管控實施。

海上風電的外部環境惡劣、施工技術難度大、施工成本高，因此，施工準備工作難度也較大。海上施工作業條件、船機設備施工能力、碼頭裝載能力等，都會影響海上風電的施工準備工作，因此，一般要求海上風電項目在可行性研究階段和初步設計階段編制施工組織設計專題報告，對施工方案進行充分地論證和優化。

七、施工建設

目前國內的裝備市場已經完全能夠勝任陸上風電的建設要求，因此，陸上風電的施工建設較容易。陸上風電一般采用大型車輛運輸葉片、塔筒等設備，在機位點就地完成各部分的安裝，吊裝方式采用“主吊+副吊”組合形式，吊裝設備則根據風電機組設備的重量選用相應噸位的汽車吊或履帶吊。陸上風電的施工進度主要受整機、塔筒等設備的供貨能力以及天氣因素（如大風、雨雪等）的影響。

海上風電的施工建設與陸上風電不同，施工作業面包含陸上區域和海上區域，作業范圍廣、協調難度大。受天氣因素影響，海上風電的施工窗口期也比較短。這些特點都給海上風電的施工建設帶來了困難。另外，隨著海上風電迅猛發展，海上風電施工裝備也存在較大市場缺口，裝備數量和裝備技術能力不足，碼頭資源和轉運能力有限。海上風電機組的安裝一般可采用整體安裝和分體安裝兩種方式。整體安裝起吊次數少、海上施工周期短，但需要在陸地設置組裝場地，同時對碼頭裝載能力、駁船裝載能力、起重能力要求非常高，且運輸風險大；分體安裝對碼頭裝載能力、駁船裝載能力、起重能力要求較小，但是起吊次數多、施工周期長。目前海上風電施工主要采用分體安裝的方式。為應對海上復雜的施工環境，海上風電施工過程中還需要監測海洋氣象預報和潮位等信息，以便充分利用施工窗口期，及時合理安排施工任務和措施，保障施工安全。

八、運行維護

陸上風電場的運行維護已經逐步市場化、規范化。風電場都采用集中監控模式，中央控制室能夠監測控制每臺風電機組設備的工作狀態，當出現故障停機時，檢修人員迅速前往現場進行檢修消缺。除雨雪、大霧、大風等惡劣天氣外，陸上風電場一般都能夠及時迅速地開展現場檢修。對于葉片、發電機、齒輪箱等大部件維修更換，陸上風電場也已經形成比較成熟的市場，吊裝設備、技術人員、安裝工人、技術改造升級等，都已經市場化、透明化。為更好地管理風電場，集控中心、備品備件集中倉儲、區域大檢修等新技術、新理念、新模式不斷發展，提高了風電場的運行維護水平。在人員要求方面，陸上風電的運維人員要具備相應的技能資質，接受相關的培訓，包括電氣、機械、控制等專業知識培訓，并獲得電工證、登高證等特種作業證書。

表4 海上風電與陸上風電施工特點對比

表5 海上風電與陸上風電運維特點對比

相比于陸上風電，海上風電作業環境惡劣，受風浪、臺風、風暴潮、團霧、雷雨等惡劣天氣影響明顯，交通運輸困難，海上作業窗口期短，運行維護難度較大；運維經驗較缺乏，對于設備故障無法及時進行檢修消缺，風電機組故障率高，安全風險大。對于大部件的維修更換，海上風電需要使用專用船舶進行作業，但是相對歐洲海上風電，目前國內市場上比較缺乏專業的海上風電運維裝備。鹽霧腐蝕、海洋附著生物等因素對風電機組基礎、設備防腐要求高，海上風電運維需要開展專業性強、工作量大的防腐工作。此外，海上風電作業風險大、環境復雜，對人員的技術水平和技能資質要求更高。海上風電運維人員需要接受系統的培訓，不僅要具備電氣、機械等專業知識，同時還要有海洋水文氣象相關知識；不僅要取得電工證、登高證等特種作業資質，還應掌握海上求生、海上自救、船舶靠泊等基本技能。目前，海上風電在智慧運維方面也不斷開展大量研究，希望通過大數據平臺、故障預警、智能診斷、運維策略優化、備品備件管理等技術提高運維水平和效率，降低運維成本。

結論

海上風電與陸上風電具有許多不同的特點。相比于陸上風電，海上風電面臨著諸多挑戰，例如，風能資源及水文基礎數據少、施工建設難度大、建設成本高、設備運維困難等。但是隨著海上風電進入大規模開發期，海上風電的市場會越來越成熟，政策機制和標準體系也將逐步建立與完善。在海上風電未來的發展中，應結合我國海上風電的特點，借鑒陸上風電開發經驗和海上風電國際先進經驗，開展一體化風電機組、智能風電機組、智慧運維管理等先進技術的應用研究，努力促進我國海上風電朝著規模化、高質量、低成本方向發展。