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(tǒng)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(guī)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(guī)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(fā)電力送至陸上。

1.1 風電機組

風電機組主要由風電機艙(內(nèi)裝齒輪箱和發(fā)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(chǎn)生升力，令風機旋轉(zhuǎn)并經(jīng)過齒輪箱進而帶動風力發(fā)電機轉(zhuǎn)子。由此，葉片和風機將風的動能（即空氣的動能）轉(zhuǎn)化成發(fā)電機轉(zhuǎn)子的動能，然后再將轉(zhuǎn)子的動能又轉(zhuǎn)化成電能輸出。

風機工作原理

 

1.1.1 葉片

葉片直徑?jīng)Q定了風電機組的功率。當前，主流的海上風機發(fā)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(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、高強度等性能。

 

1.1.2 風機艙與輪轂

輪轂在風機的最前端，可轉(zhuǎn)動，其上安裝風葉，內(nèi)部有軸系聯(lián)結齒輪箱；風機艙中安裝有發(fā)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(wěn)定性，根據(jù)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(diào)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(wěn)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(tǒng)

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(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(fā)電機組產(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(tǒng)