海上风力发电技术探析

摘 要：为促进风能资源的开发和利用，我国逐步建立了一些风力发电厂，但是在沿海区域海上风力资源的开发与利用仍处于初期阶段。本文就海上风力发电技术进行研究和分析，以推进节能减排工作的顺利开展。

关键词：海上风力发电；风电场；能源

海上风力发电是节能减排工作中的一项重要内容，具备诸多优势，海上风况明显优于陆地，湍流较小，空间大，环境污染和噪音污染较小，便于开发，但海上风力发电也存在一定不足，其初期投资较大，并且在风电机组基础结构选型与实施、风电机组运输以及后期维护等方面的技术难度较大。此种情况下，加大力度探讨海上风力发电技术，对于海上风能资源的开发和利用具有重要意义。

1 海上风场选址

在海上风力发电过程中，海上风场选址是海上风力发电工作的基础内容，其能够为海上风力发电提供一个适合的地点，以保证海上风力发电工作的顺利进行。海上风场选址具有一定复杂性，其实际选址质量直接影响着项目建设能够顺利进行，因此在海上风电选址过程中应当充分考虑潜在影响因素，确保项目建设的审批得到海上风力发电相关部门审批后，获取海域使用权，方可开展海上风力发电工程风场建设。在海上风场建设过程中，应当准确把握海域环境具体特点，了解海域具体范围、海水深度以及风能资源的多少，准确把握地质条件，并以此为主要依据开展海上风场建设。与此同时，海上风场建设过程中应当充分考虑环境制约因素，减少风力发电场建设过程中对环境所造成的影响和破坏，在社会可持续发展理念下，推进海上风力发电工程的顺利进行。

2 海上风力发电机的结构支撑

就海上风力发电机的建造结构形式来看，其主要有单桩、混凝土重力式沉箱、多桩以及吸力式四种结构形式。

2.1 单桩结构形式

在海上风力发电机建造结构形式中，单桩结构主要位于海床以下10米至20米站内的深处，依据海床类型变化，单桩结构深度也发生一定变化。通常情况下，单桩海上风力发电机结构的桩径为2米至4米。就海上风力发电工程的建设情况来看，单桩海上风力发电机的结构制造简单，这是单桩结构的最大优势，但是其在实际应用中也存在一定不足，尤其是在海床地质条件特殊的情况下，长期受到水深和海床地质条件的影响，单桩海上风力发电机结构的安装难度较大，往往需要专业的设备器材辅助安装，此种情况下单桩海上风力发电机结构的施工安装费用较高。

2.2 混凝土沉箱结构形式

海上风力发电机的结构形式中，混凝土沉箱具有一定独特性，其基础结构面积较大，在重力作用在为海上风力发电机提供支持，确保海上风力发电机保持垂直状态。在海上风力发电工程中，混凝土沉箱结构形式的工程造价较低，实际所受河床地质条件的影响较小，但在海山风力发电厂建造过程中，需要以可靠的海底准备为海上风力发电建造提供可靠的基础。混凝土沉箱结构形式的基础结构面积较大，尺寸和重量较大，导致实际施工难度较大，对施工单位的专业技术能力有着严格的要求。

2.3 多桩基础结构形式

所谓多桩基础结构形式，主要是指海上风力发电中的三角桩结构形式，与其它结构形式相比，多桩基础结构形式的桩径较小，主要适用于深海建造，但实践操作经验不足，因此在海上风力发电工程建造过程中应用并不广泛。

2.4 吸力式基础结构形式

在海上风力发电机组中，吸力式基础结构形式主要有单桩基础和多柱沉箱基础两种，在海上风力发电工程建造过程中，吸力式沉箱基础在软粘土条件下具有良好的适用性，实际应用中安装费用较高，难以对海上风力发电工程造价进行科学化控制。

3 海上风力发电机组及其安装

在现代社会经济发展形势下，海上风力发电机组逐渐向商业化发展，部分厂家以发展海上风力发电市场为主要目标，致力于大型风力发电机的生产实践。为确保海上风力发电的安全有序开展，确保海上风力发电机的海上作业价值得到有效发挥，应当依据海上风场的实际情况开展有针对性的设计，依据海上风场动力强度以及海上风力发电机组的腐蚀情况开展海上风力发电机组的可靠性设计，准确把握机组的结构形式、气动外形设计开展海上风力发电机组的气动设计，确保海上风力发电机组的实际特性满足海上作业的实际需求。

由于海上气候恶劣，有效作业时间短，所以机组安装是整个海上风电场建设过程中施工难度最高和风险最大的环节，直接决定了整个项目的成败。机组安装技术包括安装平台和安装方式两个部分。目前大部分海上风电机组的运输、吊装、维修主要依托于现有的船舶平台进行。随着离岸距离越来越远及机组功率越来越大，近年来已陆续出现新建或改装的专业化海上风机吊装平台，主要包括传统起重船（自航非自升）、起重安装平台（自升非自航）和自航自升起重船3种类型。

海上风电机组的安装主要包括两种方式：分体安装和整体安装。分体安装是指在目标海域按照基础塔筒机舱叶片的顺序依次将机组的各主要部件装配成一个整体，这种施工方法与陆上风电场类似，适用于潮间带及近海区域，目前运行的多数风电场均按该方法建造；而整体安装则是在岸边将机组各部件装配成一个整体，竖直放置于运输船运送并安放至目标地点，以减少海况对装配精度的影响，作业费用较低，这种施工方法是近年发展起来的，也已有成功案例。

对适用于深海区域的漂浮式基础风电机组，应根据具体的基础型式选择安装技术。其中，单柱式平台基础的机组应首选整体安装，装配完成后由起重船运送并放置于目标地点；张力腿平台基础的风电机组可在目标地点将基础平台固定后，由自航自升船进行分体安装塔筒、机舱及叶片；而驳船型和半潜式平台基础的风电机组则可在岸边进行整体安装，后由拖船将其整体拖曳至目标地点。

根据以上对风电机组基础型式及机组安装技术的分析，可以发现目前深海风力发电技术已初步具备了技术可行性，将来通过借鉴海洋油气开发及船舶工程经验，其技术成熟度和可行性将进一步提高。

结束语

总而言之，海上风力发电技术仍处于初级阶段，仍有待进一步研究。在未来发展中，应当积极借鉴并利用世界上已有的先进工程实例，充分挖掘我国沿海风力资源，合理规划适宜的风险电厂，规范施工工艺，对海上风力发电领域进行深入探索，推进我国节能减排工作的顺利进行。

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