海上风电是全球风电行业的技术前沿产业和重要发展方向，发展海上风电对于推进风电产业技术升级，缓解能源和环境压力，促进清洁能源高效利用等方面具有重要意义。山东能源渤中海上风电 A 场址工程项目是国家首批、山东省首个平价海上风电项目、国内单体规模最大一次性建成海上风电项目，为国内首个 220kV 海缆与油气管道交越海上风电项目，也是北方区域单台功率最大、叶片最长（8.35MW,107m）的海上风电项目，是贯彻落实党中央“双碳”战略部署、构建清洁低碳安全高效现代能源体系及以清洁能源为主体的新型电力系统的重要实践，也是促进山东省能源结构优化与经济发展方式转变的具体行动， 对山东省加强能源保供，助力实现碳达峰碳中和目标具有重要意义。

　　一、成果编制过程

　　本项目可行性研究工作从 2022 年 12 月开始，2023 年 12 月取得东营市行政审批服务局关于对山东能源渤中海上风电 A 场址工程项目的核准意见，工作时间安排紧凑，研究范围广。本项目属于近海海上风电场，周边限制性因素较多，东南部存在油田区域，北面及场址内部有航道穿过，西南角为生态红线范围，项目建设条件较复杂。2020 年 12 月初，我院组织风资源、电气、海工、土建、地质等专业技术人员对项目进行了现场查勘，并在东营市相关部门收集到各种基础数据资料。2021 年 3 月初，我院根据收集资料，提出风场可布机位点，与油田单位对接协调机位布置。2021 年 6 月上旬完成了整个风电场机组布置，初步确定了全场 60 台风机位置。2021 年 8 月下旬，可研报告初稿完成，2021 年 12 月上旬，项目通过了水电水利规划设计总院的审查，2022 年 1 月中旬，山东能源渤中海上风电 A 场址工程项目可研报告审定稿完成，2022 年 2 月取得东营市行政审批服务局关于对山东能源渤中海上风电 A 场址工程项目的核准意见，项目 2022 年 2 月正式开工建设。可研报告的顺利通过审查，为渤中海上风电 A 场址工程项目完成今年内全容量并网目标起到了重要作用。

　　二、成果主要内容

　　本项目可行性研究报告贯彻落实国家“双碳”政策，推动国家重点工程建设，从优化海上风 电场尾流模型，自主研发集电线路设计软件，大力推广数字李生智慧风电场平台 建设理念等方面着手，优化了风电场整体投资，提高了风电场工程管理水平与项 目收益。在国内首次应用了海上升压站电缆桥架光纤实时测温技术，提升了消防 报警可靠性。利用循环荷载作用下大直径单桩水平承载力和累计变形分析方法进 行单桩基础设计研究，突破传统单桩基础设计规范要求，优化了单桩基础的工程 量。对影响项目建设进度的各个施工环节深度剖析，针对项目基本条件合理安排 施工工作面，最大限度调动项目可利用的施工资源，安全高效保障风电场建设各 环节都顺利开展。

　　三、主要创新和突出特点

　　1 、 采 用 国 内 先 进 的 非 稳 态 致 动 线 模 型 （ UALM ） 与 naoe-FOAMSJTU  求解器结合的数值计算模型对风电场尾流进行修正，为发电量的准确测算提供可靠依据。

　　WAsP 是目前国内海上风电发电量测算应用最广泛的软件，但由于 WAsP 采用的尾流模型为一维线性尾流模型——Park 模型，该模型假设尾流宽度随下游距离线性增长，且尾流横截面内的速度损失均匀分布。结合质量守恒定律，推导得到风力机尾流速度损失的表达式。整体精度相对较低，计算出的尾流系数偏小。本 项 目 在 可 研 阶 段 调 研 得 知 ， 将 非 稳 态 致 动 线 模 型 （ UALM ） 与naoe-FOAMSJTU 求解器结合，可降低计算误差 30%以上，显著提升尾流计算的可靠性和准确性。为准确计算风电场尾流影响和评估风电场上网电量，本项目可研通过 WAsP 软件测算风场的理论发电量，再运用非稳态致动线模型（UALM）与naoe-FOAMSJTU 求解器结合的数值计算模型对尾流进行修正，显著降低了因尾流导致的发电量测算误差，对后续海上风电项目开发过程中的发电量测算工作具有深远的启发。

　　2、制定了先进高效的海上勘察方案，促进平价开发。

　　本项目场区位于渤海老黄河口北部海域，场区东部与中石化胜利油田埕岛作业区交叉，现存较多的石油平台与海底管线，且地层中存在“烂泥湾”软弱层、埋藏古河道、古沼泽、浅层气等灾害地质因素，现场勘察施工难度和安全风险很大。针对项目场区复杂特殊的海洋勘察环境，本次勘察综合运用地球物理探测、海上钻探及海上静力触探等多种手段，现场原位测试与内业试验相结合，突破性的在海上风电工程中运用综合柱状图和物探钻孔剖面图的方法，保证了本项目海上勘察与油田生产的安全，同时获取了详实、可靠的地质勘察资料，为可研报告的编写提供了可靠的数据支撑，奠定了坚实基础。

　　3、风机基础选用北方区域最大的单桩基础型式，其中在单桩基础设计过程中，国内首先利用改进的 P-Y 曲线模型进行单桩基础工程量优化， 大幅降低建设成本。

　　通过对风机基础分别对多种风机基础的结构安全性、施工可靠性和经济性进行综合分析，确定单桩基础施工速度快，工作量小，造价相对较低，具有一定的优势。在单桩设计过程中，利用改进的 Steven 和 Audibert、Jeanjean 或 Zhang 等的方法，在大直径单桩的单桩和土的相互作用模型采用改进 p-y 曲线；利用循环荷载作用下大直径单桩水平承载力和累计变形分析方法进行单桩基础设计，突破传统单桩基础设计规范要求，优化了单桩基础的工程量，提高项目收益水平。

　　4、前瞻性考虑风储联合调度功能，不仅减少弃风率、增加本工程消纳能力，还可参与电网调峰、调频等辅助市场服务，有效提升综合利用率。

　　本项目地处 GW 级海上风电基地，当地电网消纳能力有限。为保障后期储能系统与海上风电项目的协调控制，本可研在设计阶段将监控系统与储能 EMS 一体化、系统化设计，系统由实时态和仿真态构成，实时态包含监测类、预测类和实时控制类三大类应用，实现对风电—储能联合运行系统的数据采集，功率及容量预测和广域优化控制。当后期海上风电基地出力较大，局部电网消纳能力受限时不仅可减小弃风率、增加本项目消纳能力；还可在将来参与电网调峰、调频等辅助市场服务，有效提升综合利用率。

　　5、融入了智慧数字孪生海上风电场理念，为国内首个在可研阶段融合数字孪生的海上风电项目,促进风电场安全稳定运行，提升风电场经济效益。

　　在可研阶段策划智慧数字孪生海上风电场理念。建设海上风电数字孪生平台可以高还原度展示项目施工、运维期全貌。平台系统从 BIM 模型建设、海上风电施工期智能化施工管控系统、海上风电运行期智能运维系统三方面开展实施，同时将提升工程管理的高效性、适用性、便捷性，推动海上风电工程建设管控提质。将智能技术与风电技术深度融合，建设高度智能化的风电场，提升风电场精益化管理能力，实现风电场运行维护高效。

　　6、集电线路方案采用自主研发的“海上风电集电线路设计软件”，解决国内首个海缆与油气管线交越项目难题，降本增效，提升项目经济效益。

　　我院自主研发了一种“随机贪心算法”进行对该多局部最优的“NP 完全难题”进行求解，实现了集电线路拓扑方案的智能化构造，并设计应用“德洛尼三角拆分”和“凸包分析”等方法有效解决了指定区域避让及海缆交叉问题，首次引入风电场功率中心点概念大幅提高了海上升压站选址优化效率，通过对集电线路拓扑结构、送出电缆布置及海上升压站选址的多要素协同优化，实现了海上风电集电线路智能优化设计。本软件具有计算效率高、方案经济性优、工程约束适应性强等优势，属于国内领先水平。软件所涉及算法已申请专利，自主开发的软件成果已申请软件著作权登记。在本工程的应用中，海上风电集电线路设计软件节约设计时间约 90%，降低集电线路海缆成本约 5%。

　　7、对影响项目建设进度的各个施工环节深度剖析，合理安排施工工作面，最大限度调动项目可利用的施工资源，安全高效保障风电场建设每一个环节都顺利开展。

　　基于本项目建设工期短，建设条件复杂等因素，对影响项目建设进度的各个施工环节深度剖析，分别从材料供应、设备供应、施工船机调遣、施工基地选取、海缆交越施工方案、风机安装方案、基础施工方案等关键项入手，对项目所在地及周边省份钢结构加工厂的产能全面摸底。针对项目基本条件合理安排施工工作面，最大限度调动项目可利用的施工资源，安全高效保障风电场建设每一个环节都顺利开展。本项目施工组织方案可为平价时代海上风电建设起到良好的示范效果，为高效集约环保开展下阶段海上风电项目建设提供重要的技术参考。

　　8、陆上集控中心采用 500kV 电压等级设计，项目消纳情况保障有力。

　　本项目在可研方案阶段统筹考虑到场址 A 与场址 B 大容量（共约 1.5GW）统一送出要求，陆上集控中心规划设计采用 500kV 电压等级送出，直接送至负荷中心。该方案好的解决了本地电网接入间隔有限、消纳困难等问题，为风电场顺利并网及可靠消纳提供了重要前提条件。

　　9、有利于缓解环境保护压力，节能环保效益突出。

　　海上风电是“十四五”最热门清洁能源之一。本项目每年可为电网提供清洁电能 169896 万 kWh。按照火电煤耗每度电耗标准煤 305.5g，投运后每年可节约标准煤约 51.90 万 t， 每年可减少 CO2排放量约 125.77 万 t、SO2排放量约 9138t、氮氧化物排 放量约 1.38 万 t。本工程对推动山东省海上风电开发、缓解环境保护压力、促进地方经济绿色发展、拉动地区经济转型升级都有着重要意义，具有示范作用，符合我国能源可持续发展战略要求。