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    海上风电场是这样建成的

    本站 | 超级管理员    阅读: 发稿时间:2016/12/6 14:27:38

    雄伟伫立的白色巨人点缀在波澜壮阔的海面上,动人心魄。正如所见,海上风机是庞然大物,叶片长度几乎等同于飞机翼展长度,塔筒更是有几十层楼高,工程耗资巨大,施工难度也远高于陆上风电。

    世界上最早的海上风电场是丹麦于1991年在 Vindeby 建成并投入使用的,该风电场由11个功率为450kW 的风电机组组成。目前,在传统资源形势日益严峻的情况下,海上巨大的风力资源已引起各国的关注,随着技术的进步很多国家都在沿海建设海上风电场而且部分规模巨大。

    海上风电场究竟是如何建成的?

    在讲解海上风电场建设前,我想首先有必要介绍一下海上风电场的构成,以及风电机组的结构和基本形式。

    1.海上风电场的构成

    海上风电场一般建设在海边风力较大处,通常由一定规模的海上风电机组以及变电设施构成,通过在风电场海底敷设输电电缆,将其所发电力送至陆上。

    1.1 风电机组

    风电机组主要由风电机舱(内装齿轮箱和发电机)、轮毂、叶片和塔筒等构件组成。风机的工作原理是空气动力学原理。风并非"推"动风轮叶片,而是吹过叶片形成叶片正反面的压差,这种压差会产生升力,令风机旋转并经过齿轮箱进而带动风力发电机转子。由此,叶片和风机将风的动能(即空气的动能)转化成发电机转子的动能,然后再将转子的动能又转化成电能输出。

    风机工作原理

    1.1.1 叶片

    叶片直径决定了风电机组的功率。当前,主流的海上风机发电容量在3~5MW之间,风机叶片长度在45~60m之间。为有效利用海上风能,风机叶片要长期在恶劣的环境中不停地旋转做功,叶片必须具有重量轻、抗疲劳、耐腐蚀、高强度等性能。

    1.1.2 风机舱与轮毂

    轮毂在风机的最前端,可转动,其上安装风叶,内部有轴系联结齿轮箱;风机舱中安装有发电机、齿轮箱、低速轴、高速轴、高速闸、油水冷却装置和维修设备等。

    1.1.3 塔筒

    塔筒一般由空心管状钢材制成,设计主要考虑在各种风况下的刚性和稳定性,根据安装地点的风况、水况和风轮半径条件决定塔身的高度,使风叶片处于风力资源最丰富的高度。3MW以上的风机,塔筒高度超过80m。

    1.1.4 基础

    基础结构的主要作用是固定风电机组,主要有四种基本形式:陆地基础、单桩基础、基脚架基础和浮式基础,其使用范围和具体结构如下图所示。

    海上风电机组基础结构的四种基本形式-适用范围

    海上风电机组基础结构的四种基本形式-具体结构

    陆地基础

    —该基础结构是海上风电场采用的第一种基础结构,主要是靠体积庞大的混凝土块的重力来固定风机的位置。

    单桩基础

    —该基础结构适用于30m的中水域,利用打桩、钻孔或喷冲的方法将桩基安装在海底泥面以下一定的深度,通过调整片或护套来补偿打桩过程中的微小倾斜以保证基础的平正。

    基角架基础

    —该基础结构适用于30m~60m的中水域,较单桩基础结构更为坚固和多用,但其成本较高。

    浮式基础

    —该基础结构适用于60m的深水域,由于其不稳定,意味着仅能应用于海浪较低的情况。

    1.2 海上风电场的输电系统

    迄今为止已建成海上风电场大部分采用高压交流输电系统(HVAC),其由以下几部分组成:交流集电线路,海上升压站和无功补偿设备,海底电缆,陆上变电站和无功补偿设备。通过交流集电线路将各个风力发电机组产生的电收集起来,再通过海上升压站将电压升高,然后通过海底电缆将电输送到陆上变电站。此外,基于电网换相换流器(LCC)的直流输电系统被广泛应用于陆上长距离输电和海底电缆等领域,技术较为成熟,也可被运用到海上风电输电领域。

    海上风电场的输电系统

    通过上面的内容,小伙伴们应该对海上风电场有一个大体认识了吧,下面重点来了~

    2.海上风电场的建设

    当前,海上风机的安装主要分为整体安装和分体安装。

    整机安装流程为:

    在海底打桩,安装基座;

    在岸上将塔筒、机舱和叶片装配好,进行风机整体测试和调试;

    将风机整体运输至风电场,然后吊装在基座上。

    分体安装法流程为:

    在海底打桩,安装基座;

    将风机各部件运输至风电场;

    吊装塔筒,吊装机舱和叶片,完成组装、测试及调试。

    2.1 海上风电机组的安装平台

    海上风电机组的安装可通过千斤顶驳船或者浮吊船完成,其具体形式分别如下图所示。

    千斤顶驳船

    浮吊船

    2.2 海上风电机组的安装方式

    根据欧洲地区海上风电场施工工程公开的Opti-OWECS报告,海上风电机组的安装方式主要有三种:千斤顶安装(Jack- up Installation),半沉式安装(Semi-Submersible Installation)和漂浮式安装(Float-Over Installation)。其中的选择取决于海水深度、起吊机的能力和驳船的载重量。

    千斤顶安装(Jack- up Installation)

    半沉式安装(Semi-Submersible Installation)

    漂浮式安装(Float-Over Installation)

    2.3 建设后的运营维护

    建成后的海上风电场大致可以分为7个部分:

    1. Wind Turbine (风机)

    2. Wind Turbine Foundation (风机基础)

    3. Array Cables (矩阵电缆)

    4. Offshore Substations (海上变电站)

    5. Export Cables (海底电缆)

    6. Onshore Cables (陆上电缆)

    7. Onshore Substations(陆上变电站)

    完成1-7之后并网。 项目建成后,1~3归项目开发商运营和维护,4~7归OFTOs (Offshore Transmission Owners)运营和维护。

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