海上风电基础设施运营期的问题挑战与对策

海上风电基础设施运营期的问题挑战与对策，公司简介河北建投海上风电有限公司成立于2011年，公司现有运营海上风电项目1个，即唐山乐亭菩提岛海上风电场300兆瓦示范工程。该项目位于唐山市京唐港与曹妃甸港之间的海域，总装机容量为300兆瓦，共安装75台4兆瓦风电机组，配套一座220千伏海上升压站及陆上集控中心，是河北省〃十二五”重点建设项目，是渤海湾第一个海上风电项目，本项目于2020年9月进入商业运营。菩提岛项目积极打造国家示范优质工程，取得了北方海上风电项目第一个核准、最大容量、第一个开工建设、第一台风机吊装、第一个全容量并网等多项荣誉，并获评〃中国安装工程优质奖”（国家级）和〃河北省优质工程〃，菩提岛风电场荣获〃全国风电场生产运行指标对标5A级风电场〃。公司简介D67#220KV海上升压站、L14J【13】抗冰備D72#【g017#011«D73#D71##7凤32SH^#5isim!di327JH^325Jf^333H«•12凤mo321^FM吞9風机幼331«t#jo»in.ai约14.5km220kV海缆海缆问距3【49】♦厂i"kDI2#3/28.目录/CONTENTSrpQ匸海上风电发展问题挑战对策措施海上风电发展■全球海上风电发展♦到2024年，全球陆上风电新增装机将首次突破100GW;♦至02025年全球海上风电新增装机也将再创新高，达到25GW；♦未来五年全球风电新增并网容量将达到680GW。——布局2030年气候目标关键节点、锚定2060年净零排放的最终目标!2/OO-2%。2%。3%。3%°3%。4%。US•Brazil•Germany•Sweden•FinlandFrance•IndiaUKSpain◎Other■中国海上风电事业♦

2007年我国首个海上风电项目在渤海绥中油田建成发电，拉开了我国海上风电开发的序幕。♦预计2035年我国总装机规模分别达到71GWO主要省份规划年份海上风电新建规划量广东202517GW江苏20259.09GW浙江20254.55GW山东202510GW大型化：应用更大的风电机组，能够有效提高风能利用效率，并大幅降低初始投资、安装施工成本、运维成本等，由此带动度电成本持续下降。智能化：新一代信息化技术被广泛应用于海上风电产业链，智能化、互联化成为海上风电产业的重要特征；专业化：海上风电规模化发展提速，项目开发逐步走向深远海，对运输、安装施工、运维等提出更高要求。运营期的问题挑战■■基础周边海床冲刷=♦冲刷机理与现象在我国海上风电工程实践过程中，导管架、吸力桶、大直径单桩、高桩承台等不同基础形成均发现了不同程度的冲刷现象。冲深发展趋势9/28■基础周边海床冲刷=♦危害•减少桩基入土深度，降低桩基水平及竖向的极限承载能力，同时影响基础的长期疲劳寿命•引起风机整体系统的自振频率降低，引发共振•造成局部海缆悬空，增大海缆的受力及磨损倒塔10/28常用的防冲刷措施的边缘处仍存在冲刷问题♦常用防冲刷措施沙被\0抛石0固化土0仿生草体排.11/28■■基础周边海床冲刷=■■海缆冲刷及破坏♦成因•冲刷后由于水流产生涡致振动，导致线缆外被层及钢铠的磨损加快，绝缘被击穿的风险增加;•冲刷后海缆埋深小于设计值，受到船舶锚害的概率增加;•海缆埋深不足，受到人类渔业活动破坏的概率增加。船舶拖锚12/28♦海缆故障案例■海缆冲刷及破坏序号海上风电项目故障海缆规格故障原因抢修周期1广东某项目220kV3X5002截面天气原因断缆11天2江苏某项目220kV3X4002截面锚害52天3福建某项目220kV3X5002截面锚害30天4江苏某项目220kV3X5002截面锚害20天5江苏某项目220kV3X5002截面锚害（未通电）90天6江苏某项目220kV3X5002截面船舶走锚7天7广东某项目220kV3X5002截面天气原因断缆15天8辽宁某项目220kV3X10002截面终端故障25天9江苏某项目220kV3X5002截面锚害30天■混凝土结构损伤♦成因施J■分层浇筑施工缝工」•大体积混凝土水化热•混凝土碳化环I•氯离子侵蚀境」•冻融循环•生物侵蚀受］•结构受力力」•意外撞击1

blKtlcrCa(OH)2+H2O+CO2—-CaCO3+2H2O1CaCO3碳碳化作用Ca(OH)23CaO*AbO3+3CaSO4*2H2O+26H2O---->3CaO・A12O3・3CaSO，・32H2O盐类侵蚀I、Fe—►Fe2++2e~Fe2++2C|-—FeCI2FeCI2+H2O+OH---Fe(OH)2+H++2CIII、2Fe+1.5O2+H2O—*2FeO(OH)混凝土微观结构氯离子侵蚀14/28■■混凝土结构损伤♦危害___主要集中在高桩承台基础，与港口码头结构损伤类似。•钢筋保护层剥落•钢筋锈蚀•混凝土掉块15/28全浸区海泥区腐蚀速率♦电化学腐蚀机理三要素：阳极（铁）、阴极（碳）、导电解质（海水）。腐蚀机理腐蚀速度风电基础锈蚀16/28■■钢结构腐蚀牺牲阳极设计牺牲阳极是海上风电采用较为广泛的钢结构防腐措施，但其存在一些问题：0施工、意外等造成阳极块脱落0海生物附着造成阳极正常工作电位改变，影响防腐蚀效果牺牲阳极防腐原理♦存在问题■■钢结构腐蚀17/28■■风机结构振动控制♦海上风电振动原因及危害风机振动是运行中常见的现象。一般情况下，只要在振动控制范围之内，不会造成太大的影响。引起风机振动原因为风、浪、海流等动荷载作用下，风机结构自身的非平衡特性。造成危害主要包括：（1）共振效应；（2）结构疲劳损伤；（3）螺栓松动土体阻尼---r-b体参数、其吊f；类型等）气动阻尼（凤速、桨距角、转速等）结构阳尼分房土水动力阻尼（.水探、浪高、波浪周期等）I动力学参数一固有频率―阻尼比L振型18/28■■风电场运维能力提升♦基础管理及维护存在问题0海上风电基础的检测与维护相关规定不够清晰，缺乏基础结构安全性、适用性和耐久性的评定方法;0企业的基础结构安全QHSE内容不足，而随着海上风电服役年限的增加，其结构健康问题受到越来越多的关注。海上风电场风力发电机组基础维护技术规程TechnicalcodeforwindturbiactfoundationnulntenanccorotbhaMrwindfirm興19-06-04拨市20T9-10-01変It国家能源同19/28■■总体方针我国海上风电工程建设和运维部分方面已经走在了规范、科研的前面，许多工程问题还需要在实践中不断发现、分析、积累和提高。2022年，我公司与交通运输部天津水运工程科学研究院就以上关注的问题，开展了创新研究，下面就研究方向大会做简要汇报。■新型离子固化土防冲刷措施环境影响小。固•基于物理防护难以从根本上解决海床泥沙冲刷的本质问题，采用泥浆状高含水率固化土应用于近海风电桩基础防护。•技术优势：流动性好、就地取材、施工作业方便、光纤龟缆导域048公里23/28132kV^底电缆，鑼成光纤电揽可由DITEST甬于温度监控•新型离子固化土海缆防冲刷措施•建立海缆监测系统，提高使用效率；•海缆路由纳入海图，联合海事共同监管；•提升应急处置能力，制定专项应急预案，储备必要抢修物资，建立应急抢修长效机制。SeawaterSeabedScourpitISSSolidifiedslurryWorkingship■海缆防护,监管及监测预警技术•通过壁厚、腐蚀电位等进行钢结构腐蚀的在线监测•降低人工维护成本，减少手动检测误差/伤损监测与检测V-故障早期预警移动终端总部帷中心24/28云平台/伤损原因分析问無設措施/为预防性维修提供依据/为设备管理提供数据支撑■钢结构腐蚀在线监测技术以太网■■海上风电自修复混凝土技术水泥基渗透结晶防水剂是利用在混凝土中掺入活性添加剂，当混凝土开裂，有水渗入时，该物质继续水化生成不溶水的结晶体，对裂缝进行自动填充，实现自修复。•较强的渗透性•独特的自我修复能力•永久的防水作用•防化学侵蚀•无毒、无公害结晶过程自修复效果0基于电涡流调谐质量阻尼器研究海上风电结构减振方法，结合现场海上风电结构参数建立减振技术方案；0研究减振前、后结构动力特性变化规律，降低风电发生1P/3P共振风险，减少海上风电疲劳损伤并提高其使用寿命。结构尺寸、质量---气动效一安装位置水动效应1阻尼器型号\__________丿/_______)减振功效安装阻尼器前后功率谱对比顶节塔筒上法兰海上阻尼髏总体布置方案电涡流调谐质量阻尼器■海上风电减振技术现场测试方案(之)套。一X-26/28■风电场运维能力提升0编制《河北建投海上风电有限公司企业标准》，明确公司负责海上风电场运维人员、机构，细化维护内容及评定标准；0编制《河北建投海上风电基础设施检测与评估技术标准》，阐明了海上风电场检测与评估内容及方法。