導讀

隨著海上風電事業的蓬勃發展，微觀選址成為海上風電場設計建設中的重要環節，越來越受到風電開發商的重視。微觀選址的好壞，甚至直接影響到風電場日后的運營效益。

來源：微信公眾號“千堯科技”ID：gh_dae18bff767f

風機排布

1原理及意義

風機從風中吸收能量發電，吹過機組后，風速降低，同時因風輪的擾動而形成湍流。因此，在風機的后方，會形成風速減緩、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，在第一排之后的風機所面對的風速要小于前方的風機，導致發電量減小；而湍流的增加又會增加風機的疲勞載荷。所以由于尾流的存在，在海上工程完成對相關區域的風速測試后，風電機的排布方式也是重點工作。這既是出于提高發電量的考慮，也是為了使風機能夠安全運行。

海上風電場通常規模較大，風機的葉片也較長；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，海上的尾流相比于陸上往往傳得更遠。業內設計了多種模型來預測和分析風電場的尾流，目的是通過改進風機排布以獲得更大的能量利用率，減少建設成本。隨著海上風電的大規模發展，在未來，不僅風電場內部的尾流效應將得到重視，還將需要考慮相鄰風電場之間的尾流傳播。

在場址勘測的基礎上，需要綜合風速風向，選擇最合理的風機排列方式，來保證形成規則尾流場，使海上風力發電場的發電量最大化。

2措施與辦法

為了讓風機發出更多的電量以獲得最佳的經濟效益，海上風電場布置一般在主風向選取較大值，次風向取最小值，通常沿海岸線方向進行排布。在主風向，風機間距控制在10~15倍風輪直徑之間，在次風向控制在6~8倍風輪直徑之間。風機排列方式一般為垂直于主風向的矩陣式分布，分為前后兩排錯開的“梅花型”或者一一對齊的“對行型”。

大型海上風電場受尾流的影響比較大，據估計能造成10%~20%的能量減少。通過合理的風機排布方式，有可能將風電場整體的尾流影響控制在6%以內，單臺風機受到的尾流影響不超過8%。

交通安全距離

1原理及意義

海上風電場規模較大，對附近的航道有著不小的影響，不論是在建設期間還是在日后工作周期內，周圍的船只航行都會有潛在的危險。

實際上，目前國際國內均無海上風電場與航路安全距離的強制性要求。我國的《福建海事局海上風電場選址通航安全分析技術指南》吸收了國內外海上風電場多年的選址實踐經驗，參考了相關規范標準，對沿海海上風電場與航路安全距離提出了建議。其對于安全距離概念的定義是：為了防止船舶與海上風電場設施及其基礎發生觸碰，需在兩者之間保持一定的空間距離。海上風電場與航路的安全距離，是指海上風電場場址邊界線與航路邊界之間在平面上保持一定距離條件下，各類通航風險可控，風電場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電設施自身安全的必要條件。過于傾向航運安全，會造成海上風電開發面積的減小，達不到應有的經濟效益；反之，過于強調海上風電產業的發展，采用迫使船舶航路讓步的做法，也將埋下安全禍根。

因此，應適當地“壓縮”商船航行空間（考慮絕大多數商船的航行習慣和權益的情況下），但并沒有改變原有的海上交通模式，仍應關注船舶的航行領域、避讓義務和應急操作空間需求，海上風電場的選址應充分考慮并避免制約船舶的這種權利、義務和需求，這是確定安全距離的基本思路。

2措施與辦法

確定海上風電場與航路安全距離，應充分考慮《國際海上避碰規則》、船舶操作性能、船舶失控或走錨漂移、海員避讓習慣、海上設施保護范圍等因素。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、想轉就轉；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個瀟灑的“擦身而過”。在實際工程中，我們主要以以下幾個要素作為參考：

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，超大型船舶則超過20倍船長。船舶倒車沖程，萬噸級貨船6~8倍船長，5萬噸級貨船8~10倍船長，10萬噸級貨船10~13倍船長，15~20萬噸級貨船13~16倍船長。船舶排水量越大、船速越快，則沖程越大。由于沖程大，且停車或倒車時船舶保向性差，船舶駕駛員通常不太愿意采用“變速”來避讓。

2、船位偏離

這里主要指轉向避讓導致的船位偏離。采用轉向方法來避讓來船的，可以說是海上避讓的絕招。讓路船通常是采取向右轉向行動。為避免船位偏離計劃航線太多，初期所做的轉向角度不會太大，但也會引起船位偏離，相關文獻資料中偏離距離按0.3海里計。

3、船舶旋回直徑

當向右轉向避讓效果不理想時，在緊急情況下可能采取右滿舵避讓，進入船舶旋回。旋回直徑跟轉舵速度、船速、吃水、縱橫傾、水深、風流等因素有關，IMO船舶操縱性標準確定的旋回直徑小于5倍船長，當各種不利因素疊加影響時，旋回直徑可達7-8倍船長。

依據IMO《關于海上設施和結構周圍安全地帶和航行安全的決議》，海上人工設施應設置安全地帶，海上設施的營運人應采取各種切實有效的措施，防止船舶闖入安全地帶。《國際海洋法公約》規定，安全地帶從設施周圍的外緣每個點開始測量，其延伸至最遠500米的距離。目前國內并未對安全地帶進行立法，參照海上人工設施安全地帶的設置和國外的經驗做法，一般應采用500米做為安全地帶的寬度。

結語

微觀選址工作還應綜合考慮輸電線路設計，規避礁石、海底障礙物、航標燈、航線及海底光纜、管道等設施，同時為了保證基礎類型、工藝的一致性，風機所處位置的水深應避免發生大幅變化。微觀選址是一項較為復雜的系統工程，相關領域的研究將隨著海上風電場的發展不斷深入。