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。

來源：混凝土導(dǎo)報(bào)（ID：pioneer-1688）

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)電場(chǎng)究竟是如何建成的？

 

在講解海上風(fēng)電場(chǎng)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。

1  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。

1.1 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。

風(fēng)機(jī)工作原理

 

1.1.1 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。

 

1.1.2 風(fēng)機(jī)艙與輪轂

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。

 

1.1.3 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。

 

1.1.4 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)電機(jī)組基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的四種基本形式-適用范圍

海上風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的四種基本形式-具體結(jié)構(gòu)

陸地基礎(chǔ)

—該基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)是海上風(fēng)電場(chǎng)采用的第一種基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，主要是靠體積龐大的混凝土塊的重力來固定風(fēng)機(jī)的位置。

單樁基礎(chǔ)

—該基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)適用于30m的中水域，利用打樁、鉆孔或噴沖的方法將樁基安裝在海底泥面以下一定的深度，通過調(diào)整片或護(hù)套來補(bǔ)償打樁過程中的微小傾斜以保證基礎(chǔ)的平正。

基角架基礎(chǔ)

—該基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)適用于30m~60m的中水域，較單樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)更為堅(jiān)固和多用，但其成本較高。

浮式基礎(chǔ)

—該基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)適用于60m的深水域，由于其不穩(wěn)定，意味著僅能應(yīng)用于海浪較低的情況。

1.2 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)