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涨知识!海上风 电场是这样建成的!

来源:时间:2016/11/30

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。

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。

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。

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。

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。

为了让 小伙伴们对海上风电场的建设有更直观的认识,给大家 准备了一个短片,很不错哦,你不看一下吗?

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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