海上風(fēng)電技術(shù)起航──記一次深入的英國(guó)海上風(fēng)電考察

　　挑戰(zhàn)和問題不足為懼，隨之產(chǎn)生的深遠(yuǎn)影響更加需要謹(jǐn)慎對(duì)待，即資源的浪費(fèi)和昂貴的成本。根據(jù)歐盟數(shù)據(jù)顯示，海上風(fēng)電場(chǎng)成本約為280萬～ 340 萬歐元／兆瓦，基礎(chǔ)部分成本費(fèi)用昂貴，主要因水深、機(jī)組、施工材料、安裝船只而異。運(yùn)維成本比陸地高出5 倍以上，成本因素主要包括運(yùn)營(yíng)策略、離岸距離、可進(jìn)入性以及吊裝船只等。如果海上風(fēng)電項(xiàng)目的整體規(guī)劃缺乏良好的風(fēng)電技術(shù)及其與海洋工程技術(shù)的結(jié)合，以及豐富的海上風(fēng)電實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，未來的運(yùn)維成本很可能成為天文數(shù)字，并造成機(jī)組表現(xiàn)不佳甚至停機(jī)。
　　在單機(jī)功率快速增大的同時(shí)，海洋工程的設(shè)計(jì)也在不斷創(chuàng)新，10 兆瓦海上機(jī)組已進(jìn)入樣機(jī)調(diào)試階段，英國(guó)資深海洋工程公司也積極設(shè)計(jì)極深海建設(shè)方案和世界首創(chuàng)的Wave Hub 波浪中心（海底電纜連接英國(guó)國(guó)家電網(wǎng)的海底電“插座”）。設(shè)計(jì)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)一直緊追技術(shù)的創(chuàng)新和發(fā)展，但也極具挑戰(zhàn)性。2010 年，歐洲一些海上風(fēng)電場(chǎng)的單樁式機(jī)組塔筒與地基部分的連接件出現(xiàn)了過度承載所帶來的問題，值得注意的是以上設(shè)計(jì)均符合標(biāo)準(zhǔn)要求，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)需要緊跟海上風(fēng)電技術(shù)的發(fā)展，而當(dāng)前標(biāo)準(zhǔn)下的單樁連接件問題會(huì)進(jìn)一步促進(jìn)設(shè)計(jì)規(guī)范的調(diào)整化。另外，懸浮式深海架構(gòu)設(shè)計(jì)和尚未有任何國(guó)際案例及標(biāo)準(zhǔn)的灘涂地帶技術(shù)仍處于概念階段。
　　二、宏觀規(guī)劃與微觀實(shí)踐
　　如何規(guī)劃海上風(fēng)電場(chǎng)的可開發(fā)區(qū)域是業(yè)界的關(guān)注點(diǎn)之一，成功開發(fā)一個(gè)可行、可持續(xù)發(fā)展的海上風(fēng)電項(xiàng)目，合理規(guī)劃不可或缺，通過各種約束性考慮來篩選理想的海上風(fēng)電場(chǎng)區(qū)域至關(guān)重要。
　　在中國(guó)，政府在海域的宏觀規(guī)劃中起到關(guān)鍵作用，合理利用各個(gè)海域功能，將技術(shù)性約束、經(jīng)濟(jì)性約束、環(huán)境約束、硬性約束都綜合考慮在內(nèi)，評(píng)審各種因素的權(quán)重，從而達(dá)到最可行的開發(fā)目的。
　　落實(shí)到海上風(fēng)電場(chǎng)具體設(shè)計(jì)和建模，需要明確了解海上和陸上風(fēng)電場(chǎng)的區(qū)別，將海上資源與場(chǎng)址特殊性考慮在內(nèi)，并制訂最佳的開發(fā)方案，其中需要注意以下幾個(gè)方面：
　　風(fēng)能資源測(cè)量：陸上和海上的風(fēng)況特征一般不同，不建議將沿岸測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)應(yīng)用到海上風(fēng)電場(chǎng)。相比陸上的數(shù)據(jù)測(cè)量，在海上嚴(yán)峻環(huán)境條件下進(jìn)行測(cè)量的難度更大。高質(zhì)量的傳感器和觀測(cè)儀器可以減少建模過程中的不確定性。數(shù)據(jù)篩選、數(shù)據(jù)校準(zhǔn)、塔影效應(yīng)均需詳盡處理，大型海洋工程結(jié)構(gòu)通常會(huì)產(chǎn)生較大的塔影影響扇區(qū)，另外在不同大氣穩(wěn)定度條件下，風(fēng)能功率的不確定因素差異可達(dá)25%。
　　海上尾流效應(yīng)：由于海上風(fēng)電場(chǎng)具有較低的環(huán)境湍流，所以相對(duì)于陸上風(fēng)電場(chǎng)來說可以允許較大的尾流損耗發(fā)生，模型中的尾流衰減常數(shù)需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，以適應(yīng)海上風(fēng)電場(chǎng)較大的尾流損耗。尾流的規(guī)模依賴于輪轂高度和葉輪直徑，尾流的擴(kuò)張與風(fēng)速、風(fēng)向、湍流強(qiáng)度、大氣穩(wěn)定度及尾流影響點(diǎn)有關(guān) 。至今，尾流效應(yīng)未能完全避免，但是通過測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)，將機(jī)組尾流效應(yīng)可視化，是近年突破性的發(fā)展。
　　發(fā)電量缺失：并沒有固定程式或數(shù)值來計(jì)算缺失，需要按照?qǐng)鲋诽卣鱽碛?jì)算，包括通過傳輸中的效率、變電站可利用率、電網(wǎng)表現(xiàn)、機(jī)組可利用率、可進(jìn)入性損耗、功率曲線密度、功率曲線性能表現(xiàn)、葉片污染、老化和偏離設(shè)計(jì)點(diǎn)、風(fēng)速年際變化率、電網(wǎng)控制損耗等。
　　風(fēng)電場(chǎng)表現(xiàn)監(jiān)測(cè)：表現(xiàn)監(jiān)測(cè)就是將風(fēng)電場(chǎng)資產(chǎn)價(jià)值最大化，監(jiān)測(cè)單機(jī)和所有機(jī)組在當(dāng)前和未來的表現(xiàn)。平均值數(shù)據(jù)并不能詳細(xì)說明電力缺失的原因和發(fā)生部位，常規(guī)的數(shù)據(jù)分析可以找出哪些地方導(dǎo)致不佳表現(xiàn)，瞄準(zhǔn)問題制訂有效的運(yùn)維策略，從而避免災(zāi)難性的故障發(fā)生。
　　國(guó)際上行業(yè)積累的經(jīng)驗(yàn)告訴我們，海上建模技術(shù)需要與運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)結(jié)合驗(yàn)證；對(duì)機(jī)組進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控以及表現(xiàn)趨勢(shì)分析可以真正降低海上風(fēng)電運(yùn)營(yíng)的風(fēng)險(xiǎn)與成本；從設(shè)計(jì)階段開始，整個(gè)設(shè)計(jì)過程需要展開多方面咨詢和溝通，技術(shù)問題要從顧問方獲得支持，否則各種未詳細(xì)考慮的因素不但會(huì)大大影響開發(fā)階段進(jìn)度，而且會(huì)產(chǎn)生大量的額外支出。