漲知識!海上風(fēng)電場是怎么建成的?
雄偉佇立的白色巨人點綴在波瀾壯闊的海面上,動人心魄。正如所見,海上風(fēng)機(jī)是龐然大物,葉片長度幾乎等同于飛機(jī)翼展長度,塔筒更是有幾十層樓高,工程耗資巨大,施工難度也遠(yuǎn)高于陸上風(fēng)電。
世界上最早的海上風(fēng)電場是丹麥于1991年在 Vindeby 建成并投入使用的,該風(fēng)電場由11個功率為450kW 的風(fēng)電機(jī)組組成。目前,在傳統(tǒng)資源形勢日益嚴(yán)峻的情況下,海上巨大的風(fēng)力資源已引起各國的關(guān)注,隨著技術(shù)的進(jìn)步很多國家都在沿海建設(shè)海上風(fēng)電場而且部分規(guī)模巨大。
海上風(fēng)電究竟是如何建成的?
在講解海上風(fēng)電場是如何建設(shè)前,我想首先有必要介紹一下海上風(fēng)電場的構(gòu)成,以及風(fēng)電機(jī)組的結(jié)構(gòu)和基本形式。
海上風(fēng)電場的構(gòu)成
海上風(fēng)電場一般建設(shè)在海邊風(fēng)力較大處,通常由一定規(guī)模的海上風(fēng)電機(jī)組以及變電設(shè)施構(gòu)成,通過在風(fēng)電場海底敷設(shè)輸電電纜,將其所發(fā)電力送至陸上。
風(fēng)電機(jī)組
風(fēng)電機(jī)組主要由風(fēng)電機(jī)艙(內(nèi)裝齒輪箱和發(fā)電機(jī))、輪轂、葉片和塔筒等構(gòu)件組成。風(fēng)機(jī)的工作原理是空氣動力學(xué)原理。風(fēng)并非"推"動風(fēng)輪葉片,而是吹過葉片形成葉片正反面的壓差,這種壓差會產(chǎn)生升力,令風(fēng)機(jī)旋轉(zhuǎn)并經(jīng)過齒輪箱進(jìn)而帶動風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子。由此,葉片和風(fēng)機(jī)將風(fēng)的動能(即空氣的動能)轉(zhuǎn)化成發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的動能,然后再將轉(zhuǎn)子的動能又轉(zhuǎn)化成電能輸出。
葉 片
葉片直徑?jīng)Q定了風(fēng)電機(jī)組的功率。當(dāng)前,主流的海上風(fēng)機(jī)發(fā)電容量在3~5MW之間,風(fēng)機(jī)葉片長度在45~60m之間。為有效利用海上風(fēng)能,風(fēng)機(jī)葉片要長期在惡劣的環(huán)境中不停地旋轉(zhuǎn)做功,葉片必須具有重量輕、抗疲勞、耐腐蝕、高強(qiáng)度等性能
機(jī) 艙
輪轂在風(fēng)機(jī)的最前端,可轉(zhuǎn)動,其上安裝風(fēng)葉,內(nèi)部有軸系聯(lián)結(jié)齒輪箱;風(fēng)機(jī)艙中安裝有發(fā)電機(jī)、齒輪箱、低速軸、高速軸、高速閘、油水冷卻裝置和維修設(shè)備等。
塔 筒
塔筒一般由空心管狀鋼材制成,設(shè)計主要考慮在各種風(fēng)況下的剛性和穩(wěn)定性,根據(jù)安裝地點的風(fēng)況、水況和風(fēng)輪半徑條件決定塔身的高度,使風(fēng)葉片處于風(fēng)力資源最豐富的高度。3MW以上的風(fēng)機(jī),塔筒高度超過80m。
基 礎(chǔ)
基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的主要作用是固定風(fēng)電機(jī)組,主要有四種基本形式:陸地基礎(chǔ)、單樁基礎(chǔ)、基腳架基礎(chǔ)和浮式基礎(chǔ),其使用范圍和具體結(jié)構(gòu)如下圖所示。
海上風(fēng)電場的輸電系統(tǒng)
迄今為止已建成海上風(fēng)電場大部分采用高壓交流輸電系統(tǒng)(HVAC),其由以下幾部分組成:交流集電線路,海上升壓站和無功補(bǔ)償設(shè)備,海底電纜,陸上變電站和無功補(bǔ)償設(shè)備。通過交流集電線路將各個風(fēng)力發(fā)電機(jī)組產(chǎn)生的電收集起來,再通過海上升壓站將電壓升高,然后通過海底電纜將電輸送到陸上變電站。此外,基于電網(wǎng)換相換流器(LCC)的直流輸電系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于陸上長距離輸電和海底電纜等領(lǐng)域,技術(shù)較為成熟,也可被運用到海上風(fēng)電輸電領(lǐng)域。
海上風(fēng)電場的輸電系統(tǒng)
通過上面的內(nèi)容,小伙伴們應(yīng)該對海上風(fēng)電場有一個大體認(rèn)識了吧,下面重點來了~
海上風(fēng)電場的建設(shè)
當(dāng)前,海上風(fēng)機(jī)的安裝主要分為整體安裝和分體安裝。
整機(jī)安裝流程為:
1在海底打樁,安裝基座
2在岸上將塔筒、機(jī)艙和葉片裝配好,進(jìn)行風(fēng)機(jī)整體測試和調(diào)試
3將風(fēng)機(jī)整體運輸至風(fēng)電場,然后吊裝在基座上
4在海底打樁,安裝基座
5將風(fēng)機(jī)各部件運輸至風(fēng)電場
6吊裝塔筒,吊裝機(jī)艙和葉片,完成組裝、測試及調(diào)試
海上風(fēng)電機(jī)組的安裝平臺
海上風(fēng)電機(jī)組的安裝可通過千斤頂駁船或者浮吊船完成,其具體形式分別如下圖所示。
千斤頂駁船
海上風(fēng)電機(jī)組的安裝方式
根據(jù)歐洲地區(qū)海上風(fēng)電場施工工程公開的Opti-OWECS報告,海上風(fēng)電機(jī)組的安裝方式主要有三種:千斤頂安裝(Jack- up Installation),半沉式安裝(Semi-Submersible Installation)和漂浮式安裝(Float-Over Installation)。其中的選擇取決于海水深度、起吊機(jī)的能力和駁船的載重量。

責(zé)任編輯:小琴
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