導(dǎo)讀

隨著海上風(fēng)電事業(yè)的蓬勃發(fā)展，微觀選址成為海上風(fēng)電場(chǎng)設(shè)計(jì)建設(shè)中的重要環(huán)節(jié)，越來(lái)越受到風(fēng)電開(kāi)發(fā)商的重視。微觀選址的好壞，甚至直接影響到風(fēng)電場(chǎng)日后的運(yùn)營(yíng)效益。

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風(fēng)機(jī)排布

1原理及意義

風(fēng)機(jī)從風(fēng)中吸收能量發(fā)電，吹過(guò)機(jī)組后，風(fēng)速降低，同時(shí)因風(fēng)輪的擾動(dòng)而形成湍流。因此，在風(fēng)機(jī)的后方，會(huì)形成風(fēng)速減緩、湍流增加的尾流，類似于船舶后方形成的水流。由于尾流的影響，在第一排之后的風(fēng)機(jī)所面對(duì)的風(fēng)速要小于前方的風(fēng)機(jī)，導(dǎo)致發(fā)電量減小；而湍流的增加又會(huì)增加風(fēng)機(jī)的疲勞載荷。所以由于尾流的存在，在海上工程完成對(duì)相關(guān)區(qū)域的風(fēng)速測(cè)試后，風(fēng)電機(jī)的排布方式也是重點(diǎn)工作。這既是出于提高發(fā)電量的考慮，也是為了使風(fēng)機(jī)能夠安全運(yùn)行。

海上風(fēng)電場(chǎng)通常規(guī)模較大，風(fēng)機(jī)的葉片也較長(zhǎng)；加之海面糙度低，湍流不顯著，使得低速空氣重新獲得能量的速度更慢。也就是說(shuō)，海上的尾流相比于陸上往往傳得更遠(yuǎn)。業(yè)內(nèi)設(shè)計(jì)了多種模型來(lái)預(yù)測(cè)和分析風(fēng)電場(chǎng)的尾流，目的是通過(guò)改進(jìn)風(fēng)機(jī)排布以獲得更大的能量利用率，減少建設(shè)成本。隨著海上風(fēng)電的大規(guī)模發(fā)展，在未來(lái)，不僅風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)部的尾流效應(yīng)將得到重視，還將需要考慮相鄰風(fēng)電場(chǎng)之間的尾流傳播。

在場(chǎng)址勘測(cè)的基礎(chǔ)上，需要綜合風(fēng)速風(fēng)向，選擇最合理的風(fēng)機(jī)排列方式，來(lái)保證形成規(guī)則尾流場(chǎng)，使海上風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)的發(fā)電量最大化。

2措施與辦法

為了讓風(fēng)機(jī)發(fā)出更多的電量以獲得最佳的經(jīng)濟(jì)效益，海上風(fēng)電場(chǎng)布置一般在主風(fēng)向選取較大值，次風(fēng)向取最小值，通常沿海岸線方向進(jìn)行排布。在主風(fēng)向，風(fēng)機(jī)間距控制在10~15倍風(fēng)輪直徑之間，在次風(fēng)向控制在6~8倍風(fēng)輪直徑之間。風(fēng)機(jī)排列方式一般為垂直于主風(fēng)向的矩陣式分布，分為前后兩排錯(cuò)開(kāi)的“梅花型”或者一一對(duì)齊的“對(duì)行型”。

大型海上風(fēng)電場(chǎng)受尾流的影響比較大，據(jù)估計(jì)能造成10%~20%的能量減少。通過(guò)合理的風(fēng)機(jī)排布方式，有可能將風(fēng)電場(chǎng)整體的尾流影響控制在6%以內(nèi)，單臺(tái)風(fēng)機(jī)受到的尾流影響不超過(guò)8%。

交通安全距離

1原理及意義

海上風(fēng)電場(chǎng)規(guī)模較大，對(duì)附近的航道有著不小的影響，不論是在建設(shè)期間還是在日后工作周期內(nèi)，周圍的船只航行都會(huì)有潛在的危險(xiǎn)。

實(shí)際上，目前國(guó)際國(guó)內(nèi)均無(wú)海上風(fēng)電場(chǎng)與航路安全距離的強(qiáng)制性要求。我國(guó)的《福建海事局海上風(fēng)電場(chǎng)選址通航安全分析技術(shù)指南》吸收了國(guó)內(nèi)外海上風(fēng)電場(chǎng)多年的選址實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，參考了相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)沿海海上風(fēng)電場(chǎng)與航路安全距離提出了建議。其對(duì)于安全距離概念的定義是：為了防止船舶與海上風(fēng)電場(chǎng)設(shè)施及其基礎(chǔ)發(fā)生觸碰，需在兩者之間保持一定的空間距離。海上風(fēng)電場(chǎng)與航路的安全距離，是指海上風(fēng)電場(chǎng)場(chǎng)址邊界線與航路邊界之間在平面上保持一定距離條件下，各類通航風(fēng)險(xiǎn)可控，風(fēng)電場(chǎng)及周邊水域通航安全可以得到有效保障。

確定合理的安全距離是保障船舶航行安全和風(fēng)電設(shè)施自身安全的必要條件。過(guò)于傾向航運(yùn)安全，會(huì)造成海上風(fēng)電開(kāi)發(fā)面積的減小，達(dá)不到應(yīng)有的經(jīng)濟(jì)效益；反之，過(guò)于強(qiáng)調(diào)海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，采用迫使船舶航路讓步的做法，也將埋下安全禍根。

因此，應(yīng)適當(dāng)?shù)亍皦嚎s”商船航行空間（考慮絕大多數(shù)商船的航行習(xí)慣和權(quán)益的情況下），但并沒(méi)有改變?cè)械暮Ｉ辖煌Ｊ?，仍?yīng)關(guān)注船舶的航行領(lǐng)域、避讓義務(wù)和應(yīng)急操作空間需求，海上風(fēng)電場(chǎng)的選址應(yīng)充分考慮并避免制約船舶的這種權(quán)利、義務(wù)和需求，這是確定安全距離的基本思路。

2措施與辦法

確定海上風(fēng)電場(chǎng)與航路安全距離，應(yīng)充分考慮《國(guó)際海上避碰規(guī)則》、船舶操作性能、船舶失控或走錨漂移、海員避讓習(xí)慣、海上設(shè)施保護(hù)范圍等因素。我們必須明白：船舶受自身的慣性和外部的氣象、水文、海況條件以及通航環(huán)境其他因素的影響，在海上操縱船舶不象在陸地上駕駛車輛那樣想走就走、想停就停、想轉(zhuǎn)就轉(zhuǎn)；船舶避讓也必須要有事先判斷，避讓操作要有提前量，也不能象車輛避讓那樣來(lái)個(gè)瀟灑的“擦身而過(guò)”。在實(shí)際工程中，我們主要以以下幾個(gè)要素作為參考：

1、船舶沖程

船舶沖程包括船舶停車沖程和船舶倒車沖程。一般貨船的停車沖程為8~20倍船長(zhǎng)，超大型船舶則超過(guò)20倍船長(zhǎng)。船舶倒車沖程，萬(wàn)噸級(jí)貨船6~8倍船長(zhǎng)，5萬(wàn)噸級(jí)貨船8~10倍船長(zhǎng)，10萬(wàn)噸級(jí)貨船10~13倍船長(zhǎng)，15~20萬(wàn)噸級(jí)貨船13~16倍船長(zhǎng)。船舶排水量越大、船速越快，則沖程越大。由于沖程大，且停車或倒車時(shí)船舶保向性差，船舶駕駛員通常不太愿意采用“變速”來(lái)避讓。

2、船位偏離

這里主要指轉(zhuǎn)向避讓導(dǎo)致的船位偏離。采用轉(zhuǎn)向方法來(lái)避讓來(lái)船的，可以說(shuō)是海上避讓的絕招。讓路船通常是采取向右轉(zhuǎn)向行動(dòng)。為避免船位偏離計(jì)劃航線太多，初期所做的轉(zhuǎn)向角度不會(huì)太大，但也會(huì)引起船位偏離，相關(guān)文獻(xiàn)資料中偏離距離按0.3海里計(jì)。

3、船舶旋回直徑

當(dāng)向右轉(zhuǎn)向避讓效果不理想時(shí)，在緊急情況下可能采取右滿舵避讓，進(jìn)入船舶旋回。旋回直徑跟轉(zhuǎn)舵速度、船速、吃水、縱橫傾、水深、風(fēng)流等因素有關(guān)，IMO船舶操縱性標(biāo)準(zhǔn)確定的旋回直徑小于5倍船長(zhǎng)，當(dāng)各種不利因素疊加影響時(shí)，旋回直徑可達(dá)7-8倍船長(zhǎng)。

依據(jù)IMO《關(guān)于海上設(shè)施和結(jié)構(gòu)周圍安全地帶和航行安全的決議》，海上人工設(shè)施應(yīng)設(shè)置安全地帶，海上設(shè)施的營(yíng)運(yùn)人應(yīng)采取各種切實(shí)有效的措施，防止船舶闖入安全地帶。《國(guó)際海洋法公約》規(guī)定，安全地帶從設(shè)施周圍的外緣每個(gè)點(diǎn)開(kāi)始測(cè)量，其延伸至最遠(yuǎn)500米的距離。目前國(guó)內(nèi)并未對(duì)安全地帶進(jìn)行立法，參照海上人工設(shè)施安全地帶的設(shè)置和國(guó)外的經(jīng)驗(yàn)做法，一般應(yīng)采用500米做為安全地帶的寬度。

結(jié)語(yǔ)

微觀選址工作還應(yīng)綜合考慮輸電線路設(shè)計(jì)，規(guī)避礁石、海底障礙物、航標(biāo)燈、航線及海底光纜、管道等設(shè)施，同時(shí)為了保證基礎(chǔ)類型、工藝的一致性，風(fēng)機(jī)所處位置的水深應(yīng)避免發(fā)生大幅變化。微觀選址是一項(xiàng)較為復(fù)雜的系統(tǒng)工程，相關(guān)領(lǐng)域的研究將隨著海上風(fēng)電場(chǎng)的發(fā)展不斷深入。