漲知識！海上風電場是這樣建成的！

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，海上風機是龐然大物，葉片長度幾乎等同于飛機翼展長度，塔筒更是有幾十層樓高，工程耗資巨大，施工難度也遠高于陸上風電。

來源：混凝土導報（ID：pioneer-1688）

世界上最早的海上風電場是丹麥于1991年在 Vindeby 建成并投入使用的，該風電場由11個功率為450kW 的風電機組組成。目前，在傳統資源形勢日益嚴峻的情況下，海上巨大的風力資源已引起各國的關注，隨著技術的進步很多國家都在沿海建設海上風電場而且部分規模巨大。

海上風電場究竟是如何建成的？

 

在講解海上風電場建設前，我想首先有必要介紹一下海上風電場的構成，以及風電機組的結構和基本形式。

1  海上風電場的構成

海上風電場一般建設在海邊風力較大處，通常由一定規模的海上風電機組以及變電設施構成，通過在風電場海底敷設輸電電纜,將其所發電力送至陸上。

1.1 風電機組

風電機組主要由風電機艙(內裝齒輪箱和發電機)、輪轂、葉片和塔筒等構件組成。風機的工作原理是空氣動力學原理。風并非"推"動風輪葉片，而是吹過葉片形成葉片正反面的壓差，這種壓差會產生升力，令風機旋轉并經過齒輪箱進而帶動風力發電機轉子。由此，葉片和風機將風的動能（即空氣的動能）轉化成發電機轉子的動能，然后再將轉子的動能又轉化成電能輸出。

風機工作原理

 

1.1.1 葉片

葉片直徑決定了風電機組的功率。當前，主流的海上風機發電容量在3～5MW之間，風機葉片長度在45～60m之間。為有效利用海上風能，風機葉片要長期在惡劣的環境中不停地旋轉做功，葉片必須具有重量輕、抗疲勞、耐腐蝕、高強度等性能。

 

1.1.2 風機艙與輪轂

輪轂在風機的最前端，可轉動，其上安裝風葉，內部有軸系聯結齒輪箱；風機艙中安裝有發電機、齒輪箱、低速軸、高速軸、高速閘、油水冷卻裝置和維修設備等。

 

1.1.3 塔筒

塔筒一般由空心管狀鋼材制成，設計主要考慮在各種風況下的剛性和穩定性，根據安裝地點的風況、水況和風輪半徑條件決定塔身的高度，使風葉片處于風力資源最豐富的高度。3MW以上的風機，塔筒高度超過80m。

 

1.1.4 基礎

基礎結構的主要作用是固定風電機組，主要有四種基本形式：陸地基礎、單樁基礎、基腳架基礎和浮式基礎，其使用范圍和具體結構如下圖所示。

海上風電機組基礎結構的四種基本形式-適用范圍

海上風電機組基礎結構的四種基本形式-具體結構

陸地基礎

—該基礎結構是海上風電場采用的第一種基礎結構，主要是靠體積龐大的混凝土塊的重力來固定風機的位置。

單樁基礎

—該基礎結構適用于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，通過調整片或護套來補償打樁過程中的微小傾斜以保證基礎的平正。

基角架基礎

—該基礎結構適用于30m~60m的中水域，較單樁基礎結構更為堅固和多用，但其成本較高。

浮式基礎

—該基礎結構適用于60m的深水域，由于其不穩定，意味著僅能應用于海浪較低的情況。

1.2 海上風電場的輸電系統

迄今為止已建成海上風電場大部分采用高壓交流輸電系統（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償設備，海底電纜，陸上變電站和無功補償設備。通過交流集電線路將各個風力發電機組產生的電收集起來，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，基于電網換相換流器（LCC）的直流輸電系統被廣泛應用于陸上長距離輸電和海底電纜等領域，技術較為成熟，也可被運用到海上風電輸電領域。

海上風電場的輸電系統