海上風(fēng)電究竟是如何建成的？

雄偉佇立的白色巨人點(diǎn)綴在波瀾壯闊的海面上，動(dòng)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(chǎng)是丹麥于1991年在 Vindeby 建成并投入使用的，該風(fēng)電場(chǎng)由11個(gè)功率為450kW 的風(fēng)電機(jī)組組成。目前，在傳統(tǒng)資源形勢(shì)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(chǎng)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(chǎng)是如何建設(shè)前，我想首先有必要介紹一下海上風(fēng)電場(chǎng)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(chǎng)的構(gòu)成

海上風(fēng)電場(chǎng)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(chǎng)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(dòng)力學(xué)原理。風(fēng)并非"推"動(dòng)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(huì)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(dòng)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(dòng)能（即空氣的動(dòng)能）轉(zhuǎn)化成發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的動(dòng)能，然后再將轉(zhuǎn)子的動(dòng)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(dòng)，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(jì)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(diǎn)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(chǎng)的輸電系統(tǒng)

迄今為止已建成海上風(fēng)電場(chǎng)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(gè)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(yùn)用到海上風(fēng)電輸電領(lǐng)域。

海上風(fēng)電場(chǎng)的輸電系統(tǒng)

通過上面的內(nèi)容，小伙伴們應(yīng)該對(duì)海上風(fēng)電場(chǎng)有一個(gè)大體認(rèn)識(shí)了吧，下面重點(diǎn)來了~

海上風(fēng)電場(chǎng)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(cè)試和調(diào)試

3

將風(fēng)機(jī)整體運(yùn)輸至風(fēng)電場(chǎng)，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(yùn)輸至風(fēng)電場(chǎng)

6

吊裝塔筒，吊裝機(jī)艙和葉片，完成組裝、測(cè)試及調(diào)試

海上風(fēng)電機(jī)組的安裝平臺(tái)

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。

浮吊船

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(chǎng)施工工程公開的Opti-OWECS報(bào)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。

千斤頂安裝(Jack- up Installation)

半沉式安裝(Semi-Submersible Installation)

漂浮式安裝(Float-Over Installation)

為了讓小伙伴們對(duì)海上風(fēng)電場(chǎng)的建設(shè)有更直觀的認(rèn)識(shí)，給大家準(zhǔn)備了一個(gè)短片，很不錯(cuò)哦，你不看一下嗎？

海上風(fēng)電場(chǎng)后期運(yùn)維

建成后的海上風(fēng)電場(chǎng)大致可以分為7個(gè)部分：

1. Wind Turbine （風(fēng)機(jī)）

2. Wind Turbine Foundation （風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)）

3. Array Cables （矩陣電纜）

4. Offshore Substations （海上變電站）

5. Export Cables （海底電纜）

6. Onshore Cables （陸上電纜）

7. Onshore Substations（陸上變電站）

完成1-7之后并網(wǎng)。 項(xiàng)目建成后，1～3歸項(xiàng)目開發(fā)商運(yùn)營和維護(hù)，4～7歸OFTOs (Offshore Transmission Owners)運(yùn)營和維護(hù)。