國內海上風電機組制造技術日趨成熟，針對不同區域風能資源條件，各機組制造廠家已開發出不同結構型式和控制調節方式的風電機組，并進入了商業運行階段。根據場址風能資源條件和風況特征及海上的特殊水文氣象條件，選擇更優的機組型式是海上風電項目建設必經之路。本文主要闡述了海上機組選型需考慮的主要原則、認證、設計、運輸安裝與運維及技術經濟性評價等方面的基本要求。

（作者單位 ：詹海寧，邳帥，齊博，朱永飛 ：中海油能源發展股份有限公司清潔能源分公司 ；楊金寶，張文平，高松玉 ：金風科技股份有限公司）

機組選型原則 

海上風電機組的選型一般遵循安全、可靠、經濟、適用、 易維護等基本原則。

 一、遵循安全性，符合安全等級要求原則 

風電機組應先滿足一定的安全等級要求，根據項目場 區的年平均風速、50 年一遇最大風速 /50 年一遇極大風速、湍流強度參數，確定場區的 IEC 類型，進而初步選取適用于對應風區類型的風電機組。IEC 關于風區類型的定義如表 1 所示。

二、遵循可靠性原則

選擇風電機組時應考慮其運行的可靠性，包括電能質量、對電網的要求、對運行環境適應性及可用率保證等方面。根據《風電場接入電力系統技術規定》（GB/T19963—2011）、《風電機組并網監測管理暫行辦法》（國家能源局〔2010〕433 號）、《關于加強風電安全工作的意見》（國家電監會〔2012〕）等的規定，風電機組應具備低電壓穿越能力和必要的高電壓穿越能力 ；具備有功功率控制能力，接收并自動執行電網調度部門發出的有功功率控制信號，以保證電力系統穩定性 ；在不同的輸出功率時，其功率因數應在 -0.95 ～ +0.95 變化范圍內可控 ；具有自動電壓調節能力的動態無功補償裝置，補償容量以接入系統批復為準，其調節范圍和響應速度應滿足并網點電壓調節的要求。

三、遵循氣候適應原則

根據特殊氣候選擇機組，需考慮各種氣候因素（如高溫、低溫、臺風、雷暴等）、水文等對風電機組安全的影響。根據風電場的氣候環境情況，選擇適用的具有特殊適應性的風電機組，如海上風電機組需要具備抗潮濕、防鹽霧腐蝕等特性，在臺風多發區域需要具備抗臺風特性，在雷暴多發區域需要具有適當防雷保護。同時，根據項目的溫度范圍選擇對應的常溫型或低溫型風電機組。常見機組類型適用條件如下 ：

常溫型機組適用條件為運行溫度范圍 ：-20℃～ +40℃，生存溫度范圍 ：-30℃～ +50℃。

低溫型機組適用條件為運行溫度范圍 ：-30℃～ +40℃，生存溫度范圍 ：-40℃～ +50℃。

抗臺型機組適用條件為 10min 最大風速 ：57m/s，3s 極大風速 ：79.8m/s。

四、遵循易維護性原則

海上風電場運行環境復雜，運行維護較陸上風電場難度大、費用高，特別是海況惡劣時，維修人員難以到達，故障較難排除。因此，風電機組除應具備較高的可靠性外，也應具備易維護性。

五、遵循經濟性原則

風電機組選型應從風電場全生命周期成本收益角度考慮，實現整體效益的最大化。根據場區特征，采用不同機型進行排布設計，計算優選發電量最高、工程造價最低、度電成本最低的機組。

六、遵循的其他原則

除以上選型原則外，影響機組選型的運輸、安裝條件特殊要求，基礎和施工等配套技術能力要求，單機容量大型化要求，工程進度保證要求等方面，在機組選型中同樣應予以考慮。

認證要求 

我國風電行業已建立起相對比較完善的風電整機裝備 及部件認證體系，風電機組整機裝備及部件的認證逐步成 為保證風電產業健康發展的重要管理手段和方法。目前， 風電領域的認證范圍包括 ：

一、設計認證

通過設計評估、場地試車（安全及功能試驗）和生產

質量控制審核等，對新型號的風電機組與標準 / 規范的符合

性進行評價。機組選型時，應選擇獲得行業專業機構設計

認證證書的機型。

二、型式認證

2014 年 9 月，國家能源局印發《關于規范風電設備市

場秩序有關要求的通知》（國能新能〔2014〕412 號），明

確提出風電行業要“加強檢測認證確保風電設備質量”。文

件規定，接入公共電網的風電機組及其風輪葉片、齒輪箱、

發電機、變流器、控制器和軸承等關鍵零部件必須進行型

式認證。機組選型時，需要確認機型具備相應的機組型式

認證證書。

三、項目認證

評估已通過型式認證的風電機組和對應的塔基設計是否能與外界條件、可適用的構造物和電力參數相適應，以及是否滿足與指定場地有關的其他要求。項目認證應評估場地的風能資源條件、其他環境條件、電網條件及土壤特性是否與定型風電機組設計文件和塔基設計文件中確定的參數相一致。因此，機組選型時，應選擇經過項目認證的機型。

設計要求

一、機組選型設計要求

遵循機組選型原則，首先應確定機組的安全等級，結合風能資源進行機組適應性分析，確定市場主流機型及風電機組容量范圍，再按照不同機型方案進行風電機組機位及海纜路由布置。機型選擇包括以下內容 ：

（1）比較特征參數、結構特點、塔架形式、功率曲線和控制方式。

（2）根據充分利用風電場海域和減小風電機組間相互影響的原則，對各機型方案機組進行初步布置，計算各機組的年發電量。

（3）初步估算各機型方案風電機組及相關配套投資、運行費用。

（4）通過技術經濟比較提出推薦機型。

二、機組結構設計載荷工況要求

海上風電機組的設計應滿足 IEC 61400 系列規范中關于風電機組的基本設計要求，并重點對在機組全生命周期內威脅到結構完整性、安全性的各種設計載荷工況予以周全考慮，包括重力和慣性載荷、空氣動力載荷、驅動載荷、水動力載荷、海冰載荷、尾流載荷、船舶沖擊載荷、渦激振動等。應將具有合理發生概率的各相關載荷工況與控制系統動作結合在一起考慮。

三、機組電力系統選型設計要求

海上風電機組接入集電線路的電壓等級目前一般有35kV 和 66kV 兩種，據此可選擇單臺機組配套升壓設備的電壓等級。海上風電機組需具備一定的無功補償功能，且應滿足功率因數在超前0.95到滯后0.95的范圍內動態可調。

四、機組運行設計要求

風電機組應具有低電壓和高電壓穿越能力。風電場運行適應性應符合下列規定 ：

（1）風電場并網點電壓在標稱電壓的 0.9 ～ 1.1 倍額定電壓范圍（含邊界值）內時，風電機組應能夠正常運行。

（2） 電 力 系 統 頻 率 在 49.5 ～ 50.2Hz 范 圍（ 含 邊界 值 ） 內 時， 機 組 應 能 夠 正 常 運 行 ；電 力 系 統 頻 率 在48 ～ 49.5Hz 范圍（含 48Hz）內時，機組應能夠不脫網運行 30min。

運輸安裝要求

海上風電機組運輸包括陸運、陸轉海和海運三個階段。

海上風電機組選型需要充分考慮滿足風電項目場址的交通運輸條件，包括道路、車輛、碼頭、船舶等。隨著海上風電機組單機容量不斷增大，機組重量和體積不斷攀升，對運輸高度、地面承載力、運輸坡度、運輸穩性、碼頭吊裝能力和水深、船舶甲板面積等不斷提出新的要求。因此，機組選型時要確定海上風電機組及部件的運輸模式，一般有整機商碼頭交貨、整機商機位點交貨兩種。選擇碼頭交貨時，還應考慮機組部件尺寸和重量對海上運輸船運輸能力和方式的要求，如船舶甲板上塔架立式、葉片疊放等運輸方式。

對于海上風電機組的安裝，要充分考慮海上項目的不同海況、作業環境、船機資源和碼頭資源等條件，要求海上風電機組具備整體安裝或分體安裝的工藝和裝備。整體安裝分為整體吊裝和整體拖航安裝，具有對運輸船和安裝船的施工能力要求高、工裝工藝復雜、對組裝場地要求高、適合于短距離運輸等特點。目前，行業中使用整體安裝的較少。分體安裝為海上風電機組常用的安裝方式，是先將風電機組的各個部件由制造廠家運輸至裝配基地進行模塊化組裝，再將各個部件和組件運輸至海上風電場進行順序安裝。分體安裝最大的優點是對安裝船的起重能力要求相對較低，可以充分利用市場上的安裝船舶資源，但海上安裝效率會比整體安裝低。分體安裝分為三種方式 ：三葉式安裝、兔耳式安裝和單葉式安裝。隨著海上風電機組葉片尺寸越來越大，從成本、安裝船性能要求及吊裝安全可靠性方面考慮，水平單葉式吊裝方式將是未來大容量海上風電機組的主流安裝方式。

運維要求

海上風電機組運維需要高可靠性保障。對于部分關鍵部件和故障高發的組件，應采用雙備份冗余設計，如變流器冗余設計多套變流器模塊可獨立運行、機械式 + 超聲波風速風向儀、變槳通訊及偏航電機冗余設計等 ；或采用模塊化設計、多回路設計等，增加發電的可靠性，減少故障引發的停機時間。

在機組維護周期方面，需要考慮海上風電機組的長周期維護。海上風電機組的計劃性年度維護周期從傳統的一年一次，通過可靠性設計和設備性能提升等，形成兩年或三年一次。

技術經濟性比選要求

海上風電項目的建設條件更為復雜，投資風險較高，應綜合考慮投資條件、機組產品競爭力水平、建設條件等開展項目綜合評價，實現項目優劣比選，判定項目的技術經濟可行性。海上風電項目技術經濟評價應按照定量分析與定性分析相結合，動態分析與靜態分析相結合，以定量分析、動態分析為主的原則開展，確保評價結論的客觀性、準確性和科學性 ；應遵循“同時期、同區域、同類型”的競爭力分析原則，確保費用與效益計算范圍的一致性，穩妥確定評價參數，結合項目所在地區、所處行業及項目自身特點進行技術經濟評價分析。

海上風電項目技術經濟評價判據參數一般采用“X+Y”體系。“X”為項目經濟評價通用指標，包括全投資財務內部收益率（稅前）、全投資財務內部收益率（稅后）或資本金財務內部收益率。“Y”為結合行業水平和項目特點增加的輔助指標，在項目滿足通用指標的前提下，做進一步參考評判，包括總投資收益率和資本金凈利潤率。海上風電項目經濟評價判據參數詳見表 2。

判據參數的數值為行業常規水平。其中，全投資財務內部收益率（稅前）、全投資財務內部收益率（稅后）和資本金財務內部收益率之間為“或”的關系，測算結果大于等于判據參數時可予以接納，說明項目具有投資價值，具有較為合適的投資回報。針對具體項目情況，包含機組選型的測算結果可作為投資決策的主要依據之一。