項(xiàng)目名稱：我國首座大型海上風(fēng)電場關(guān)鍵技術(shù)及示范應(yīng)用

主要參與單位：上海東海風(fēng)力發(fā)電有限公司、上海電力大學(xué)、中交第三航務(wù)工程局有限公司、上?？睖y設(shè)計(jì)研究院有限公司、華銳風(fēng)電科技（集團(tuán)）股份有限公司、國網(wǎng)上海市電力公司、上海交通大學(xué)

項(xiàng)目簡介：上海東海大橋海上風(fēng)電場是我國首個(gè)大型海上風(fēng)電場，項(xiàng)目對海上風(fēng)機(jī)、風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)、風(fēng)機(jī)安裝、海上電氣系統(tǒng)等關(guān)鍵問題進(jìn)行系統(tǒng)創(chuàng)新與先行先試，解決了海上大風(fēng)浪、急洋流、強(qiáng)腐蝕等共性難題，攻克了我國海域強(qiáng)臺風(fēng)、軟地基、通航需求等特殊難題。項(xiàng)目投運(yùn)以來運(yùn)行穩(wěn)定，成果應(yīng)用至10多個(gè)海上風(fēng)電場，經(jīng)濟(jì)社會效益顯著。綜合技術(shù)為國內(nèi)首創(chuàng)，打破國外壟斷，顯著促進(jìn)行業(yè)科技進(jìn)步，助推我國能源轉(zhuǎn)型。

海風(fēng)吹來之時(shí)，不僅帶來了海龍王的傳說、老船長的歌唱，更帶來了清潔的能源。日前，由國網(wǎng)上海市電力公司牽頭組織申報(bào)的成果“我國首座大型海上風(fēng)電場關(guān)鍵技術(shù)及示范應(yīng)用”獲得2018年度國家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。這不僅為我國深入開發(fā)近海風(fēng)電資源提供了可參考、可復(fù)制的成功樣本，也有效推動(dòng)了節(jié)能環(huán)保和美麗中國建設(shè)。

從海風(fēng)到綠電的嬗變

我國是風(fēng)能資源大國，風(fēng)能資源包括陸上和海上風(fēng)能。根據(jù)發(fā)改委能源研究所探測計(jì)算，中國陸地70米高度3級及3級以上風(fēng)能可開發(fā)量超過26億千瓦，在現(xiàn)有風(fēng)電技術(shù)條件下實(shí)際可裝機(jī)容量將超過10億千瓦。此外，我國東南沿海及其附近島嶼還蘊(yùn)含著豐富的海上風(fēng)能資源，水深不超過50米的近海海域風(fēng)電實(shí)際可裝機(jī)容量約為5億千瓦。

1988年，我國最早的陸上風(fēng)電場——新疆達(dá)坂城風(fēng)力發(fā)電場一期工程正式投運(yùn)。此后30年間，陸上風(fēng)電場逐步興建，成為繼傳統(tǒng)火力發(fā)電、水力發(fā)電之后的新型發(fā)電形式。

1991年，世界上第一座海上風(fēng)電場在丹麥投運(yùn)。早期僅歐洲少數(shù)國家掌握海上風(fēng)電技術(shù)，卻對我國實(shí)行技術(shù)封鎖與價(jià)格壟斷，我國遲遲無法開發(fā)利用豐富的海上風(fēng)電資源。此外，與歐洲相比，我國海上風(fēng)電開發(fā)難度更大：我國海域夏秋季節(jié)常受臺風(fēng)沖擊，最大風(fēng)力可達(dá)17級，極具破壞力；與歐洲硬土地基不同，我國沿海分布有大范圍淤泥質(zhì)軟土地基，地基承載力極低；我國海上風(fēng)電場內(nèi)具有獨(dú)特通航需求，安全問題更突出。這些問題都使我國一度對發(fā)展海上風(fēng)電心有余而力不足。

歷經(jīng)10年攻關(guān)，我國首座海上風(fēng)電場——東海大橋10萬千瓦海上風(fēng)電示范工程于2010年破繭而出，正式揭開我國海上風(fēng)電開發(fā)利用的大幕?！拔覈鬃笮秃Ｉ巷L(fēng)電場關(guān)鍵技術(shù)及示范應(yīng)用”正是對這一工程的技術(shù)總結(jié)。

從建設(shè)到制造的攻堅(jiān)

雖然海上風(fēng)電場從外觀上看與陸上風(fēng)電場似乎別無二致，但正是建設(shè)地點(diǎn)的特殊，決定了海上風(fēng)電場建設(shè)的“步步驚心”。而經(jīng)過科研技術(shù)人員的長期攻關(guān)，制約建設(shè)的核心問題最終被攻克。

東海大橋海上風(fēng)電場首創(chuàng)多樁混凝土-鋼組合式海上風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)，首次建立了軟土條件下的風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)流體動(dòng)力計(jì)算模型，揭示了淤泥地質(zhì)中風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)受力分布規(guī)律；首創(chuàng)了多樁混凝土-鋼組合式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)可承受的壓拔承載力提高了20%、最大安全水平位移范圍提高了9%；發(fā)明了適用海洋淤泥地質(zhì)環(huán)境下高聳結(jié)構(gòu)的混凝土-鋼聯(lián)合承載技術(shù)，風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)撞擊承載性能提高了8倍。

此外，該風(fēng)電場還首創(chuàng)大型海上風(fēng)機(jī)整體安裝技術(shù)，發(fā)明了初定位、軟著陸與精定位的一體化整體安裝技術(shù)，將單座風(fēng)機(jī)安裝的海上作業(yè)時(shí)間由3天縮短至1天，解決海上有效作業(yè)時(shí)間短的難題，提高了安裝效率與安全性。

建設(shè)難題的破解，賦予了東海大橋海上風(fēng)電場雄壯的“形”，而為風(fēng)電場量身度制的我國首臺國產(chǎn)海上風(fēng)機(jī)，則為風(fēng)電場激活了一顆激蕩的“心”。已實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的國產(chǎn)海上風(fēng)機(jī)，創(chuàng)建了動(dòng)態(tài)氣、液、固三耦合風(fēng)機(jī)載荷計(jì)算模型，發(fā)明緊湊型傳動(dòng)鏈與載荷分流技術(shù)，實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)有害載荷與有效載荷的高效分流，確保風(fēng)機(jī)最大可承受17級風(fēng)力的沖擊；首創(chuàng)大部件單元自維修系統(tǒng)，首次實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)自身具備35噸的吊裝能力，解決風(fēng)機(jī)在海上孤立環(huán)境、有限空間下的大型設(shè)備維修問題，降低了海上風(fēng)機(jī)成本61.54%，保證平均可用率高于97%。

不僅要建設(shè)好，更要運(yùn)維好海上風(fēng)電場。運(yùn)維團(tuán)隊(duì)創(chuàng)建了大型海上風(fēng)電場電氣系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)，融合海洋地理信息，構(gòu)建基于超網(wǎng)絡(luò)理論的大型海上風(fēng)電場電氣系統(tǒng)全壽命周期優(yōu)化模型，提出柔性邊界技術(shù)，攻克了大型海上風(fēng)電場電氣系統(tǒng)動(dòng)態(tài)規(guī)劃多離散變量、強(qiáng)非線性等難題，解決海洋功能區(qū)復(fù)雜交錯(cuò)的約束難題。與常規(guī)方法相比，上述技術(shù)節(jié)約示范工程電氣投資16%，可靠性提高47%。

2010年6月，東海大橋海上風(fēng)電場一期工程投運(yùn)，34臺國產(chǎn)3000千瓦風(fēng)電機(jī)組扎根于距上海南匯嘴海岸線僅8～13千米的東海海域，在我國風(fēng)力發(fā)電史上留下了濃墨重彩的一筆。

從國內(nèi)到國際的影響

今天，當(dāng)你駕車行駛于連接上海蘆潮港和洋山深水港的東海大橋時(shí)，目光一定會被大橋兩側(cè)成片的海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)吸引。在2010年一期工程投運(yùn)之后，東海大橋海上風(fēng)電場二期工程于2014年年底投運(yùn)，兩期工程總裝機(jī)20.42萬千瓦。

整個(gè)項(xiàng)目獲授權(quán)專利71項(xiàng)（發(fā)明40項(xiàng)），發(fā)表論文152篇（SCI/EI收錄101篇），制定標(biāo)準(zhǔn)17項(xiàng)。項(xiàng)目年平均發(fā)電量2.3億千瓦時(shí)，近三年新增產(chǎn)值89.8億元，新增利潤7.3億元，節(jié)約示范工程投資5.6億元，經(jīng)濟(jì)效和環(huán)境效益顯著。

一期工程投運(yùn)以來，項(xiàng)目技術(shù)整體應(yīng)用已逾7年。風(fēng)電場的成功建設(shè)與多年安全穩(wěn)定運(yùn)行，為國內(nèi)海上風(fēng)電開發(fā)提供了成功示范。項(xiàng)目技術(shù)已經(jīng)推廣應(yīng)用至江蘇、上海、福建、廣東等地13個(gè)裝機(jī)容量共260萬千瓦的海上風(fēng)電項(xiàng)目，約占國內(nèi)海上風(fēng)電總裝機(jī)的60%。

此外，項(xiàng)目組積極響應(yīng)“一帶一路”倡議，項(xiàng)目成果出口至南非、瑞典、西班牙等國家；項(xiàng)目組成功獲得了瑞典K&M項(xiàng)目、南非METROWIND項(xiàng)目及南非BTE等項(xiàng)目合約，先后與巴西、愛爾蘭等多個(gè)國家簽訂了風(fēng)電開發(fā)協(xié)議。