一座海上风电场开发的启示录

本刊 | 夏云峰

近几年，我国海上风电开发的节奏明显加快。2018年，全国海上风电新增并网容量161万千瓦，累计并网容量363万千瓦；在建项目约1100万千瓦，到2020年有望实现累计并网容量500万千瓦的规划目标。然而，从现状来看，我国海上风电发展仍处于经验积累和模式创新的关键时期，此前开发的一些优质项目无疑起到了很好的示范作用。已经投运并产生良好经济和社会效应的华能如东八仙角海上风电场（下称“八仙角风电场”）就是一个值得我们深入剖析的典型样本。

最美风电场

日前，《风能》杂志组织的“最美风电场”活动媒体报道组便来到美丽的海滨城市江苏如东，深入探访八仙角风电场背后的那些人和事。

对标国家优质工程

公开资料显示，八仙角海上风电场的业主方为华能江苏清洁能源分公司，项目总装机容量30万千瓦，共吊装70台海上风电机组，于2017年9月全部并网发电。

记者在走访中了解到，这座风电场创造了当时行业内的多项“第一”：它是亚洲已建成的装机容量最大的海上风电项目；南、北区两台海上升压站是国内第一个“双胞胎”，实现同时设计、制造、安装、并网发电；连接风电场南区和北区的3×110千伏海缆是国内最粗的三芯海缆；首次规模化应用5兆瓦海上风电机组……

值得一提的是，由于平均离岸距离达到23公里，该项目还被业内称为“中国远海风电项目的领跑者”。

“这是华能集团首个投产的海上风电场，实现集团在海上风电开发方面从零到一、从无到有的突破，整个项目的运行情况还不错。”华能江苏清洁能源分公司运行维护部副主任、八仙角海上风电场场长周国栋在接受《风能》杂志记者采访时表示，“它为集团相关业务的后续发展奠定良好基础，让我们在海上风电项目施工建设、海洋生态环境修复、运维计划制定和资源调配等方面积累了宝贵经验。目前，我们正在以讲座的形式与负责其他几个项目的团队分享。”

他所说的“运行情况不错”是有着数据支撑的。2018年，在6.7米/秒的年平均风速下，全场年发电量突破9亿千瓦时，年利用小时数超过3000小时。

而这份成绩显然来之不易。“首个项目”的潜台词是无章可循，一切只能摸着石头过河。自然地理因素进一步加大了建设难度。场址区的水流急、潮位变化大，再加上雷雨天气多，导致船舶的可达性较差，影响了施工和运维效率。

周国栋举例说，由于潮位因素，有20多个机位点无法全天候到达。其中的四五个机位点，船舶每天更是只能在高潮位前后的两三个小时靠近它们。

针对这些情况，业主方制定细致的方案，充分利用有利的天气条件加快吊装进度。比如，在天气状况较差时，先完成深水区机位点的作业，再将难度较大的机位点集中在大潮期进行施工。此外，升压站建设、机组预组装、基础密封保护设计、海缆试验等都安排在陆上完成，以便减少海上的施工周期。

创新是攻克现有难题的重要手段，这在八仙角海上风电场中得到充分印证，一系列创新性的做法被引入其中。

周国栋向记者着重介绍了“大孤岛”模式，即在风电场北区升压站配套1台800千瓦柴油发电机及三条联络海缆，确保在特殊工况下风电机组能够保持正常的偏航、除湿防腐和通信功能。

“我们自项目规划起，就是以创建华能集团首个海上‘国优工程’和‘示范工程’为目标。因此，在建设过程中，公司始终狠抓安全管理，并强化现场管控和科技创新。目前，我们正在申报国家优质工程奖。”他透露。

记者注意到，国家优质工程奖评选条件中明确要求，除了经济效益，社会效益也必须达到同时期国内先进水平。在这方面，华能江苏清洁能源分公司采取了多重措施。

建设过程中，业主方将做好生态环境保护视为优先事项，通过优化场区设计、合理安排施工时间等方式，尽可能降低项目开发对海洋生态环境造成的影响。投运后，则按照前期规划，迅速启动生态环境修复方案。据了解，这项投资达到1300万元，主要用于实施放流鱼苗计划、海洋水质调查、渔业生态调查、鸟类观测等。其中，放流鱼苗计划为期3年，预计放流各类鱼苗1340余万尾、日本鳗鲡6.25吨、竹蛏和文蛤苗2.5亿粒，可以使海洋生物总量和渔业资源恢复到施工前的水平。

言及于此，就不得不提这座风电场的另一个行业“首创”——尝试在各个机位点设置应急救助点，配备救援呼叫和防寒设施、饮用水、食物等，作为周边养殖户和渔民遇险时的临时避难所。

在周国栋看来，这一切皆由华能集团的央企身份使然。“央企肩负着造福社会的责任和义务。具体到这个风电场，我们努力将其打造成一个兼具良好经济和社会效益的行业标杆，让更多人分享到发展风电所带来的红利。”

坚守可靠性的底线

对于风电项目而言，综合效益的高低很大程度上取决于硬件设施，尤其是风电机组在运营期的发电效率和可靠性。

八仙角海上风电场运行着3家整机商的机组，其中的20台单机容量为5兆瓦的机型由中国船舶重工集团海装风电股份有限公司（下称“中国海装”）制造。当被问及如何评价它们投运以来的表现时，周国栋不吝赞美之词。“整体情况非常好，远远超出厂家投标时做出的承诺。”

2018年，这20台机组发电3.2351亿千瓦时，年利用小时数为3235小时，可利用率达到98.8%，在全场对标中排名第一。

值得注意的是，这些设备的配置不尽相同，有19台H151-5MW机型采用151米的风轮直径，另外一台H171-5MW机组的风轮直径为171米。

记者在检索此前的相关报道时注意到，2017年，八仙角海上风电场投运时曾引发广泛关注，不仅实现5兆瓦机型在国内的首次批量应用，171米的风轮直径更是创造当时的全球之最，引领大叶轮机型的发展潮流。

中国海装工程公司副总经理兼海上运维中心总经理刘城形象地解释说，H171-5MW机组的扫风面积相当于3个足球场那么大，足以停下两架空客A380。其单位千瓦扫风面积为4.59平方米，比当时的主流海上风电机组增加30%以上，在7.56米/秒的年平均风速下，即可使年利用小时数达到3957小时，“非常适合应用于江苏、山东等长江以北的低风速海域”。

这得到了周国栋的认同，“实际运行中，H171-5MW机型的发电效率确实高很多，我们的后续项目会大规模安装该机组。”

据悉，2018年，八仙角海上风电场中的H171-5MW机组共发电1978.8万千瓦时，年利用小时达到3957小时，比其他厂家平均值高出近1000小时。

优异的运行表现折射出中国海装在海上风电机组研发上的深厚积淀。为外界所不熟知的是，依托以“国家海上风力发电工程技术研究中心”为基础构建起的研发体系，这家企业早在2010年就着手设计5兆瓦机组。2012年，2台样机并网发电。而从样机试运行到小批量投运，则历时5年。

刘城认为，之所以如此，源于中国海装对海上风电机组可靠性的执着追求。“只有我们认为一款产品已经成熟，部件性能非常稳定了，才会选择批量装机。”

其间，中国海装的技术团队对样机进行过多项优化，包括引入最新的技术手段，显著提升了机组的性能。

例如，在继承上一代H151-5MW机组先进性的基础上，H171-5MW机型还应用叶根分离载荷、螺栓疲劳载荷计算、变桨轴承设计迭代分析方法、系统分解等技术，同时优化了增速箱和变桨、偏航轴承齿轮的安全系数。此外，该机型采用当时全球5兆瓦机组中重量最轻的叶片，主梁为碳纤维真空灌注，主梁厚度及长度均为全球第一。

目前，5兆瓦机型已经形成128米、151米、171米等不同风轮直径规格的多个型号，6兆瓦平台也即将推出，能够很好地满足我国不同海域的风电开发需求。同时，该公司还启动了“10MW级海上风电机组研制与开发”项目，将进一步丰富其海上风电机组产品谱系。

考虑到随着海上风电机组日趋大型化，海上运输和安装难度也会相应增加，中国海装积极利用中国船舶重工集团公司在船舶制造领域所具有的雄厚实力，正在打造海上风电安装船。

“我们实际上并不负责施工，但仍希望通过向产业链上下游延伸，加快推动我国海上风电生态体系走向成熟。”刘城强调。

下一站：智慧运维

海上风电运维后市场是中国海装当下持续发力的重点方向，一个标志性节点是海上运维中心的成立，八仙角海上风电场则在加速这一进程中起着重要的推动作用。

“这个项目对于我们优化运维服务业务的意义在于：增强了人员的技能，搭建起运维船舶管理体系、安全体系、备件储备体系，提升了智能化运维水平。”刘城表示。

目前，八仙角海上风电场已经进入质保期，现场共有10余名的中国海装售后人员，业主方则配备11名运维人员。前者的服务水平得到周国栋的肯定。“20台机组的日常检修由他们自己的工程公司负责，团队的实力还是很强的。这些现场人员付出了大量汗水，在整个过程中没有掉过链子。”

优秀的职业素养源自于完善的培训体系以及严格的制度要求。除了必须获得“四小证”、登高证等资质证件，中国海装会对现场人员开展诸多培训，内容涉及机组理论知识、海洋环境以及急救等。

记者获悉，该公司还依托八仙角海上风电场，在位于如东的江苏总装基地设立运维培训中心，组织新员工到现场参加为期三个月以上的实训，为海上风电业务发展储备人才。

对于出海作业，中国海装和业主方都深知其中隐藏着诸多风险，因此制定了周密的防范机制。出海前，开展安全教育，并组织相关考试。出发和归来时均需登记，记录期间的检修情况。作业过程中，要求必须有完备的安全措施才能登高。应急预案自然也是不可或缺的。

据刘城介绍，鉴于欧洲海上风电起步早，培训机制和安全标准较为完备，中国海装目前正在与一些国外机构就此展开合作。

在注重人员培养的同时，这家企业还大力构建智慧运维体系，从重庆总部到各个风电场，一条数字化之路已经打通。

据了解，八仙角海上风电场的所有机组都已经接入中国海装在重庆总部打造的LiGa大数据平台。基于内嵌的全场机组健康状态模型，通过将之与采集到的实际运行数据对比，如果某个参数出现异常，系统会自动作出预测，生成运维工单传至现场，从而实现预防性维护。

在现场，售后人员打开手机客户端就可以接收运维计划，上面详细列明工作的时间、地点、内容等信息。运维小组还能够通过该软件完成安全学习，包括工作环境中的危险源识别，并在每项任务结束后及时进行总结。

当然，推进这项工作的并不是只有中国海装，业主方也基于自主开发的大数据智慧运维系统，在八仙角海上风电场实行“南京远程监控，现场无人值班、少人值守”的运维模式：由南京远程监控中心24小时值班，负责设备监控操作、数据统计总结、设备异常或故障时联系现场人员、指导运行方式调整等运行相关工作；现场人员则24小时待命，负责设备巡检、维护、消缺等。

“我们双方的目标是一致的，就是希望借助先进的技术手段使运维策略趋于最优，尽可能减少发电量损失，并降低运维成本。”刘城指出。