海上大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)安裝思考與展望

孫慧

【摘要】介紹我國(guó)海上風(fēng)電發(fā)展規(guī)劃和福建省海上風(fēng)電規(guī)劃建設(shè)情況，風(fēng)機(jī)安裝船和安裝施工現(xiàn)狀。分析海上風(fēng)機(jī)安裝船及施工存在的問題，提出新型風(fēng)機(jī)安裝船船型方案和解決措施的展望。

【關(guān)鍵詞】海上風(fēng)電;風(fēng)機(jī)安裝船;方案與展望

引言：我國(guó)海上風(fēng)能資源豐富，具備大規(guī)模發(fā)展海上風(fēng)電的資源條件。根據(jù)全國(guó)風(fēng)能資源普查成果，全國(guó)50米以內(nèi)水深海域海上風(fēng)電開發(fā)潛力約7億千瓦。其中，5～25米水深海域、50米高度海上風(fēng)電開發(fā)潛力約2億千瓦;5～50米水深海域、70米高度海上風(fēng)電開發(fā)潛力約5億千瓦。海上風(fēng)電施工市場(chǎng)前景十分廣闊。

一、我國(guó)海上風(fēng)電發(fā)展規(guī)劃及核準(zhǔn)建設(shè)情況

自我國(guó)第一個(gè)海上風(fēng)電項(xiàng)目-上海東海大橋項(xiàng)目機(jī)組全部并網(wǎng)以來，經(jīng)過10來年的發(fā)展，海上風(fēng)電發(fā)展積累了豐富的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，如今，我國(guó)近海海上風(fēng)電已進(jìn)入規(guī)模化發(fā)展階段。根據(jù)國(guó)家《風(fēng)電發(fā)展“十三五”規(guī)劃》。重點(diǎn)推動(dòng)江蘇、浙江、福建、廣東等省份的海上風(fēng)電建設(shè)，到2020年四個(gè)省的海上風(fēng)電開工建設(shè)規(guī)模均帶到百萬千瓦以上，并積極推動(dòng)天津、河北、上海、海南等省（市）的海上風(fēng)電建設(shè)的開展。到2020年底，全國(guó)海上風(fēng)電開工建設(shè)規(guī)模達(dá)到1000萬千瓦，并網(wǎng)裝機(jī)容量達(dá)到500萬千瓦以上（見表1）。

截止2019年9月30日，全國(guó)已核準(zhǔn)海上風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目137個(gè)，核準(zhǔn)裝機(jī)容量5312.45萬千瓦。其中，已建成并網(wǎng)海上風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目24個(gè)，裝機(jī)容量達(dá)342.16萬千瓦;在建海上風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目50個(gè)，裝機(jī)容量達(dá)1611.83萬千瓦（見表2）。

二、福建省海上風(fēng)電建設(shè)發(fā)展現(xiàn)狀

（一）福建省海上風(fēng)電規(guī)劃

據(jù)2017年《福建省海上風(fēng)電場(chǎng)工程規(guī)劃報(bào)告》，福建省擬規(guī)劃海上風(fēng)電場(chǎng)17個(gè)，規(guī)劃裝機(jī)容量1330萬千瓦。其中：寧德市1個(gè)，規(guī)劃規(guī)模165萬千瓦;福州市10個(gè)，規(guī)劃規(guī)模580萬千瓦;莆田市4個(gè)，規(guī)劃規(guī)模295萬千瓦;漳州市2個(gè)，規(guī)劃規(guī)模290萬千瓦。

（二）福建省海上風(fēng)電核準(zhǔn)建設(shè)情況

截止2019年9月，福建省海上風(fēng)電項(xiàng)目已核準(zhǔn)14個(gè)，共375.04萬千瓦。其中已建成并網(wǎng)項(xiàng)目2個(gè)，共12.74萬千瓦（見表3）。

三、國(guó)內(nèi)海上風(fēng)電風(fēng)機(jī)安裝現(xiàn)狀分析

（一）海上風(fēng)電主要風(fēng)機(jī)機(jī)型

國(guó)內(nèi)海上風(fēng)機(jī)單機(jī)容量從2MW起步，先后經(jīng)歷了3MW、4MW、5MW，發(fā)展到現(xiàn)在的10MW，用十年時(shí)間趕上了歐洲30年的發(fā)展。目前，上海電氣7.0MW機(jī)型已投產(chǎn)并形成供運(yùn)能力，金鳳科技8.0MW機(jī)型樣機(jī)已正式出廠下線，東方電氣10MW和太原重工8.0MW機(jī)型樣機(jī)亦即將出廠下線。隨著中國(guó)海上風(fēng)電逐漸向深遠(yuǎn)海發(fā)展，預(yù)計(jì)不久的將來將會(huì)研發(fā)出12MW或更大功率機(jī)型。國(guó)內(nèi)目前海上風(fēng)電主要機(jī)型見表4。

（二）國(guó)內(nèi)海上風(fēng)電風(fēng)機(jī)安裝船現(xiàn)狀

海上風(fēng)電風(fēng)機(jī)安裝作業(yè)具有安裝精度高、難度大、對(duì)風(fēng)浪涌及海底地質(zhì)等環(huán)境敏感、單個(gè)部件重量大、安裝高度高等特點(diǎn)。常規(guī)的浮式海上施工裝備耐波性能較差，可作業(yè)的氣象窗口期過短，效率低下，成本高昂，已逐漸被淘汰。目前在全世界范圍內(nèi)被一致認(rèn)可的是具備一定起重能力的自升式平臺(tái)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，國(guó)內(nèi)投入海上風(fēng)電施工的主要自升式安裝平臺(tái)共有23艘，正在設(shè)計(jì)建造的自升式安裝平臺(tái)共有9艘（表5僅列出本公司的安裝船）。

（三）國(guó)內(nèi)海上風(fēng)電風(fēng)機(jī)供應(yīng)鏈現(xiàn)狀

1.風(fēng)機(jī)部件存儲(chǔ)基地及出運(yùn)碼頭

國(guó)內(nèi)沿海涉及海上風(fēng)電風(fēng)機(jī)部件存儲(chǔ)及出運(yùn)的港口碼頭大致可分為兩大類，一是設(shè)備生產(chǎn)廠自建的堆場(chǎng)及碼頭，例如江蘇省內(nèi)的大型鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)廠藍(lán)島海工、海力、潤(rùn)邦海洋，福建省內(nèi)福船一帆、廈船重工，廣東省內(nèi)的龍穴基地等;二是運(yùn)營(yíng)性質(zhì)的物流港口碼頭，例如江蘇大豐港、上海洋山港、福清江陰港、莆田秀嶼港、廣東陽江港等。

2.風(fēng)機(jī)部件運(yùn)輸船舶

風(fēng)機(jī)設(shè)備運(yùn)輸船按照風(fēng)機(jī)部件的不同可大致分為塔筒運(yùn)輸船、機(jī)艙運(yùn)輸船、葉片運(yùn)輸船。典型的船型資料如下表：

（四）海上風(fēng)機(jī)安裝分析

1.風(fēng)機(jī)安裝船性能滯后于風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)和風(fēng)機(jī)機(jī)組發(fā)展需求

從東海大橋海上風(fēng)電場(chǎng)于2009年9月4日首批3臺(tái)機(jī)組正式并網(wǎng)發(fā)電開始，我國(guó)海上風(fēng)電項(xiàng)目迅猛發(fā)展，中國(guó)海上風(fēng)電場(chǎng)從潮間帶、沿海海域逐步向近海中等水深海域發(fā)展。隨著風(fēng)場(chǎng)海域水深加大及大功率風(fēng)機(jī)的研發(fā)投產(chǎn)，對(duì)風(fēng)機(jī)安裝平臺(tái)性能要求亦逐步提高。

如福建省近遠(yuǎn)期海上風(fēng)電場(chǎng)主要將集中在寧德霞浦、長(zhǎng)樂外海、漳浦六鰲三個(gè)區(qū)域，涉及容量785萬千瓦，占全省規(guī)劃的59%（見表7）。

根據(jù)以上三個(gè)具在廣泛代表性的三個(gè)風(fēng)場(chǎng)的水深等條件，結(jié)合目前已投入市場(chǎng)的典型大功率風(fēng)機(jī)的參數(shù)，通過比對(duì)和分析，針對(duì)風(fēng)機(jī)安裝船的性能需求見表8。

目前國(guó)內(nèi)已安裝的最大功率風(fēng)機(jī)是由“福船三峽”和“大橋福船”安裝船安裝的福建海建建設(shè)的莆田平海灣F區(qū)和石城漁港風(fēng)場(chǎng)上海電氣7.0MW風(fēng)機(jī)。國(guó)內(nèi)現(xiàn)已投運(yùn)的安裝平臺(tái)大多僅適應(yīng)30m以內(nèi)水深海域6MW以下風(fēng)機(jī)的安裝。急需現(xiàn)有安裝船升級(jí)改造或建造更大的安裝船方能滿足近海風(fēng)場(chǎng)風(fēng)機(jī)安裝需求。

2.風(fēng)機(jī)部件存儲(chǔ)基地及出運(yùn)碼頭能力不足

海上風(fēng)電建設(shè)與其它海洋工程類似，建設(shè)過程需要根據(jù)項(xiàng)目所處海域的海況的作業(yè)窗口期來安排生產(chǎn)，而作業(yè)窗口期分解到每年每個(gè)月來說并不固定，導(dǎo)致對(duì)風(fēng)機(jī)設(shè)備的供應(yīng)時(shí)間點(diǎn)、數(shù)量也是不確定的，而風(fēng)機(jī)設(shè)備的生產(chǎn)周期相對(duì)較長(zhǎng)，因此各個(gè)風(fēng)機(jī)設(shè)備生產(chǎn)商必須具有一定的存量，并儲(chǔ)存在出運(yùn)碼頭的堆場(chǎng)內(nèi)以便及時(shí)發(fā)運(yùn)。隨時(shí)國(guó)內(nèi)海上風(fēng)電行業(yè)的井噴，年風(fēng)機(jī)安裝量以倍數(shù)增加，對(duì)存儲(chǔ)基地的面積要求也成倍增加，而此前國(guó)內(nèi)港口建設(shè)的功能規(guī)劃未考慮到此類貨物，因此必定會(huì)出現(xiàn)具備一定面積的港口不具備重型裝備出運(yùn)能力，有出運(yùn)能力的港口碼頭堆場(chǎng)面積不足和困境。為解決此問題，目前，江蘇、廣東部分風(fēng)場(chǎng)已開始或規(guī)劃建設(shè)風(fēng)機(jī)存儲(chǔ)出運(yùn)基地。