海上风电机组选型方案研究.pdfVIP

摘要：

为适应海上风场平价开发的需求，海上风电机组向着大功率、轻量化、一体

化的趋势迅速发展。不同型号的风电机组在发电效率、可靠性、安全性、价格及

维修保养等方面差异较大，风机选型时应综合考虑各种影响因素，计算分析风电

场的总体投资及单位度电投资，综合选择合适的机型。以海上风电场开发为例，

论述了风电机组选型的关键影响因素，总结归纳了风电机组选型的主要流程及方

法，为类似风电场开发、设计及建设提供了参考和指导。

关键词：

海上风电；机组选型；度电投资

0引言

为应对全球气候变化，推动可持续发展，全球各主要国家和地区制定了相应

的“碳中和”目标和具体实施方案。我国宣布力争2030年前实现碳达峰，2060年

前实现碳中和。在全球碳中和的时代大背景下，全球能源结构将深度调整，以化

石能源为主的传统能源结构已无法满足环境友好发展的要求，太阳能、风能、水

能、核能、生物质能等清洁能源成为各国重点发展的新宠儿。海上风能具有资源

丰富、年利用小时数高，不占用土地，能够成片区大面积规模开发，距离负荷中

心近、利于就地消纳等优点，因此开发海上风电已成为我国大力发展可再生能源

的战略需要。2021年全球海上风电新增装机21.1GW，中国海上风电新增装机

17GW，占比约80%。截至2021年，中国海上风电已经达到全球海上风电装机

总容量的47%。中石油作为能源企业，积极响应国家减碳目标，明确了绿色转型

“三步走”战略，力争2035年新能源新业务产能与油、气三分天下，2050年左右

实现近零排放，新能源新业务产能达到半壁江山，并已开始谋划海上风电产业布

局。

当双碳目标遭遇海上风电平价上网时，降本增效将是海上风电健康可持续发

展的必由之路。随着电机技术及海工技术的进步，海上风电向超大风场规模、单

机功率大型化的方向快速发展，风能利用效率大幅度提升。海上风机大型化不仅

能够摊薄风机制造、建设安装以及后期维护成本，而且采用了更加先进的设备，

发电效率也有所提高。2021年抢装潮期间，我国海上风机由主流的6MW机型

升级到10MW机型。虽然大型风机是降低成本的有效途径，但风机选型受到风

资源禀赋、风能利用效率、风机技术成熟度、安全可靠性、后期维护保养及安装

船舶资源等多方面制约，需要综合平衡各方面因素，确定风机机组选型方案。

1海上风电机组选型的主要影响因素

1.1风资源禀赋

风资源禀赋涉及平均风速、风切变指数、空气密度、有效风能密度、风速频

率分布、风速持续时间、湍流强度、风能玫瑰等风资源数据。一般将风电场容量

系数作为判断风机与风电场匹配性的标准，风电场容量系数越大，风机与风电场

的匹配性越好，即以风机在一段时间内平均输出功率与额定输出功率之比作为判

断准则。

风能属于低密度能源，风机选型应在已知风资源数据的条件下进行适应性分

析，选择合适的风电机组。各指标应尽量适合当地风资源特点，达到对风能的最

大利用效率。我国海上资源禀赋，南北差异大，需要针对不同区域，因地制宜，

选择最佳机组选型方案。风电机组选型前应进行风资源评估，根据评估数据计算

该区域内的风资源禀赋特性参数，将其作为风机选型的输入数据。

1.2风机的先进性

大功率、大叶轮是未来大型风力发电机组的主流发展方向。大叶轮的叶片更

长，具有更大的扫风面积，可获得更多的风能。大功率风电机组可在风场容量不

变的情况下减少机位数，降低风机设备采购及安装成本。气动效率高的叶片可以

降低损耗，提高发电效率；高度集成的驱动链系统可优化传力路径，具有更好的

传动效率，可以减少维护保养，提升发电收益；成熟可靠的变桨及偏航系统，可

通过控制发电机转速、转矩及桨矩角，使风机运行在最佳叶尖速比状态和额定功

率状态，保证风机安全可靠运行；较大范围的风切入及切出速度，可提高风能的

利用效率；先进控制技术可降低载荷，提升发电量，降低度电成本；一体化的风

机设计可缩短海上安装工期，降低施工成本。

先进的风电机组具备冗余设计，安全性高、可靠性好，发电机容量覆盖范围

广，风能利用率高，运行维护成本低等特点。风机选型时可从风机的叶片气动效

率、防雷系统、发电机系统、传动系统、制动系统、偏航系统、控制系统、液压

系统、冗余设计、安全保护等方面评判其是否具有先进性，这些因素也是风电平

价并网的核心竞争力。

1.3风机的安全、可靠性

风电机组应能在风场风速、盐雾、雷暴、积冰、暴风雪等自然气候条件下安

全运行；