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1、东山乌礁湾风电工程的技术特点林琳( 福建省水利水电勘测设计研究院，福建福州3 5 0 0 0 1 )摘要：福建省东山鸟礁湾风电厂是我国目前建成投产的单机容量最大的风力发电工程。在工程的设计、施工中使用了多项国内尚未采用的新技术，保证了风电厂的建设与顺利投产。本文介绍了鸟礁湾风电工程建设的主要技术特点以厦关键技术问题，为沿海风电厂的建设提供了有益的经验。关键字：风力发电；技术特点；乌礁湾T E C H N I C A LC H A R A C T E R I S T I C So FD O N G S H A NW U J I A O W A NW I N DP O W E RP R O J E
2、 C TL i n L i n( F u i a nH y d f o E l e c t r i c i t yR e c o n n a i s s a n c eD e s i g nI n s t i t u t e ，F u z h o uF u j i a n ，3 5 0 0 0 1 )A b s t r a c t ：W u j i a o w a nw i n dp o w e rp r o j e c t ，l o c a t e di nD o n g s h a nc o u n t y ，F n j i a np r o v i n c e ，h a st h eb
3、i g g e s tp e r u n i ti n s t a l l e dc a p a c i t ya m o n gt h ew i n d d r i v e ng e n e r a t o r se v e rb u i l ti nC h i n a N e wt e c h n o l o g yw h i c hh a sn o tb e e na d o p t e di nC h i n ai su s e di nt h ed e s i g na n dc o n s t r u c t i o no ft h ep r o j e c tt oe n s u
4、 r et h es m o o t hc o n s t r u c t i o na n do p e r a t i o no ft h ep r o j e c t M a i nt e c h n i c a lc h a r a c t e r i s t i c sa n dk e yt e c h n i c a li s s u e so ft h ep r o j e c ta r ei n t r o d u c e di nt h i sa r t i c l e 。T h er e s e a r c ha n dp r a c t i c ei nt h i sp
5、r o j e c tw i l lo f f e rb e n e f i c i a le x p e r i e n c ef o rt h ec o n s t r u c t i o no fw i n dp o w e rp r o j e c ti nc o a s t a la r e a K e y w o r d s ：w i n dp o w e r ；t e c h n i c a lc h a r a c t e r i s t i c s ；W u j i a o w a n1 前言福建省缺煤少油，一次性化石能源相对贫瘠，然而可再生能源一水能资源与风能资源十分丰富。
6、据全国水力资源复查资料表明，福建省河流水能理论蕴藏量为1 1 8 1 0 3 M W ，技术可开发装机容量为1 0 9 3 7 7 M W 。根据福建省水力资源开发现状统计，目前已建、在建水电站装机容量已经占全省技术可开发装机容量的9 0 ，水力资源开发程度处于全国前列，超过了发达国家开发水平。福建省风能资源量与水能资源量相近，据同家气象科学研究院资 资源蕴藏量不少于陆域的3 倍。据统计截止2 0 0 6 年底，福建省已建风电厂总装机容量为8 8 8 M W 。仅占陆域风能资源蕴藏量的0 9 。风能资源尚未得到有效的开发利用2 0 0 6 年1 月开始实施的巾华人民共和国可再生能源法表明国家已
7、经将发展可再生能源作为增加能源供应、调整能源结构、保护环境、促进可持续发展的重要措施。另外，在国家发改委编制的可再生能源中长期发展规划纲要( 2 0 0 4 2 0 2 0 ) 中，提出了到2 0 2 0 年我国风电机组总装机容量将达到3 0 0 0 0 M W 的目标。福建省风电厂工程规划报告提出：我省风电发展分阶段目标：2 0 1 0 年6 0 0 8 0 0 M W ，2 0 1 5 年1 2 0 0 1 5 0 0 M W ，2 0 2 0 年2 0 0 0 2 5 0 0 M W 。2 0 0 5 年以来，我国风能产业发展突飞猛进，全 国风电装机容量从2 0 0 4 年的7 4 6
8、M W 跃升到1 2 6 6 M W ，增长了6 5 7 。规模化的风能资源开发利用热浪极大的推进了福建省风能资源开发进程，风电开发遇到了非常好的机遇。乌礁湾风电厂正是在这种开发背景下建设投产的。4 5 1 2 工程基本情况乌礁湾风电厂位于福建省东山岛。东山岛地处台湾海峡喇叭口西南端，1 0 m 高度年有效风功率密度2 0 0 w m 2 。按照风能区划标准属于风能资源丰富区，是福建省风能资源的一类区。乌礁湾位于东山岛南面，为低山、滨海地貌地势平坦开阔，经测风资料分析表明，4 0 m 高度年平均风速6 5 7 m s 风功率密度( 离地4 0 m ) 2 5 9 W m 2 ，具有得天独厚的风
9、电厂建设条件。工程所处的区域地貌为沿海侵剥蚀丘陵地貌以及滨海海积、风积地貌。风电厂规划装机容量6 0 M W 。一期工程开发3 0 M W 采用丹麦维斯塔斯 亚太公司( V E s T A s ) 生产的V 8 0 2 0 M W 风力发电机组，1 5 台风机按照路灯式沿乌礁湾环岛路内侧布置。经分析计算理论年发电量为6 8 4 9 万k W h ，修正后年上网电量6 5 3 8 万k W h ，装机利用小时2 2 8 3 h 。工程概算静态投资2 7 1 0 0 听元( 含配套输变电工程) ，单位千瓦投资9 3 0 6 元，单位电度投资4 1 4 元。乌礁湾风电厂技改工程可行性研究报告2 0
10、0 5 年1 月通过审查，2 0 0 5 年1 1 月开工建设，2 0 0 6年9 月并刚投产发电。工程建设业主为福建省东山澳仔山风电开发有限公司，设计单位为福建省水利水电勘测设计研究院，监理单位为山东诚信工程建设监理有限公司，施工单位为河北省电力建设第一工程公司；福建省第二电力建设公司。图1 推荐的机组布置3 工程技术特点及关键技术问题乌礁湾风电厂是我国目前建成投产的单机容量最大的风力发电工程，在工程设计与建设方面具有以下技术特点：( 1 ) 合理有效的厂址风能资源开发利用4 5 2 东山岛风能资源十分丰富，可开发规模较大。风能资源普查资料表明，岛内可开发的风电装机总规模约1 5 3 M W
11、 。乌礁湾厂址因其风能指标较优越、厂地开阔环岛路贯穿、交通运输便利等因素得以先期开发。东山岛土地资源相对贫乏，风电厂建没与海边防风林地、近海养殖厂和农业耕地等在土地利用和征地方面存在矛盾。在风厂布置设计中，设计人员采用了国际上先进的风能资源开发设计软件丹麦国家实验室研制的W S P 8 1 设计软件对乌礁湾风厂进行r 分析。通过微观选址设计推荐的机组布置成果使整个风厂能量指标最佳( 见图) ，并且每一台风机位置尽量避免与林地、养殖厂的矛盾，在技术经济上达到最优效果，使厂址风能资源得到充分有效地开发利用。( 2 ) 选用先进的大型兆瓦级风力发电机组乌礁湾风电厂选用的丹麦维斯塔斯V 8 0 2 0
12、 M W 机组，这是我国目前投产的单机容量最大的风力发电机组，也是亚洲日前单机容量最大的风力发电机组。并且也是一款量能指标优越的大型兆瓦级风机。针对东山沿海夏季频繁遭受台风袭击，具有高温、盐雾等不利的气象条件，乌礁湾风电厂所选用 的v 8 0 2 0 M W 风机是通过德国L l o y d 认证符合国际I E C 标准的I 级( 防台风、耐高温) 风力发电机组。机组轮毂中心高度6 7 m ，风轮直径8 0 m ，采用变桨距、变速恒频功率调节方式，特有的控制系统使V 8 0 机组在额定功率下，可以根据风速变化变速来跟踪最佳叶尖比获得最佳功率输出，并通过变桨获得稳定恒功率输出，同步迅速，保证机组
13、在各种风况下受力均衡，输送优质电能给电网。V 8 0 2 0 M W 机组是按适合海上风厂建设的条件来设计的，将额定容量为2 1 0 0 k V A ，频率为S O H z ，6 9 0 V 1 0 k V 干式变压器放置在6 7 m 高的机舱内，这样的设置方式即减少了输出电能的损耗又节省了在厂地上建设庞大的箱式变压器基础，使厂内的永久占地减少。( 3 ) 风机基础型式与抗腐蚀的创新设计乌礁湾风电厂所处的区域地貌为沿海侵剥蚀丘陵地貌以及滨海海积、风积地貌，地震基本烈度为度。地质勘探表明大部分机位的基础土层中存在海积粉细砂、粉砂、海积粉质粘土等不利于基础稳定的软弱夹层。同时，从厂地环境、地下水检
14、测中发现：水样中除了含有氯离子( C I 一) 之外，还检测出对混凝土腐蚀性极强的硫酸根离子( S O t2 一) 。其中部分机位的硫酸根离子 5 0 0 0M G L 为重度侵蚀等级。硫酸根离子会引起混凝土膨胀开裂，导致混凝土的强度损失和耐久性下降，对基础建筑的危害性极大。为了使风机基础能够满足V 8 0 2 0 M W 机组的竖向荷载、水平向荷载和在运行中产生高达6 7 1 3 5 k N m 作用极限弯矩的受力要求，以及分析硫酸根离子对混凝土结构的渗透破坏机理；经过综合技术经济比较，乌礁湾风厂基础采用桩基础承台( 摩擦端承桩) 结构模式。为了防止地下水对桩基础的侵蚀破坏，桩基采用工厂内工
15、业化生产，技术成熟生产工艺严格，构件致密、耐久性好的混凝土预制管桩。设计人员大胆提出了目前国内尚无先例的管桩生产工艺：采用高抗硫酸盐水泥作为混凝土预制管桩的水泥原材料并要求管桩具有一定的壁厚以保证有足够的混凝土保护层厚度；在桩型上由于P H C 、P T C 管桩在生产中的高温高压养护工艺对抗硫水泥是否造成不利影响，尚未进行研究，也无相关试验数据，而最终选择了满足物理力学指标和养护条件的离心成型先张法预应力混凝土管桩( P C 桩) ；同时对管桩接头的金属构件防腐提出要求并在桩身敷设带渗透性膜的防渗涂层等工程措施。风机基础的这一抗腐蚀设计是技术上的创新性突破。实践证明，这种新工艺能够满足混凝土
16、结构的抗渗防腐要求，能够适应风机基础快速施工条件，简捷方便效果很好。( 4 ) 承台混凝土温控技术应用十分成功桩基础承台为正八边形钢筋混凝土结构，混凝土设计强度等级为C 3 5 ，每个承台的混凝土方量为5 0 6 8 m 3 ，采用泵送混凝土整体连续浇筑施工。承台混凝土浇筑从2 0 0 6 年3 月中旬开始至6 月中旬结束。根据东山气象台统计这个时间段岛上的年平均气温在1 5 2 5 9 ，最高气温达到2 8 5 。2 0 0 6 年初夏福建沿海气温偏高。因此，防止由于大体积混凝土浇筑水化热温升、太阳辐射等不利因素造成温度裂缝，是确保承台施工达到要求的一项重要工作。承台的混凝土浇筑都安排在夜间进行，以降低混凝土的人仓温度。同时，对风机承台混凝土进行温度监测，提出具体的温控要求，主要措施是：? 在每个承台内埋设3 组1 2 个测点( 每组分为表、上、中、下四个测点) ，同时在承台附近布设一个气温测点，采用电阻式温度计对测点进行监测，随时掌握混凝土
