海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)

1、海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組 由于海上風(fēng)資源豐富，不受土地使用的限制，且 海上風(fēng)電具有高風(fēng)速、低風(fēng)切邊、低湍流、高產(chǎn) 出等顯著優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)逐漸成為風(fēng)電發(fā)展的新領(lǐng)域。 我國(guó)具有很長(zhǎng)的海岸線，鄰近海域具有非常豐富 的風(fēng)資源，如果能充分利用這些風(fēng)能，將有助于 解決我國(guó)的能源和環(huán)境問(wèn)題。我國(guó)海上風(fēng)力發(fā)電 技術(shù)剛剛起步，需要借鑒歐洲的經(jīng)驗(yàn)，開發(fā)設(shè)計(jì) 適合我國(guó)海域特點(diǎn)的海上風(fēng)電項(xiàng)目，對(duì)我國(guó)的風(fēng) 力發(fā)電技術(shù)及能源戰(zhàn)略具有重大的意義。 一、簡(jiǎn)介 近幾年,海上風(fēng)能資源豐富的其他國(guó)家,海上風(fēng)電出 現(xiàn)了井噴式的發(fā)展,我國(guó)目前也有數(shù)個(gè)在建和在批 的海上風(fēng)電項(xiàng)目。海上風(fēng)電能夠發(fā)展如此迅速,自 有其優(yōu)勢(shì)所在,與常規(guī)能源相比： （1）節(jié)

2、約資源,防止環(huán)境污染。首先,風(fēng)力發(fā)電幾 乎沒(méi)有任何大氣污染物的排放;其次,海上風(fēng)力發(fā)電 不占用任何土地資源;再則,風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在其有效 服役期內(nèi)所發(fā)的電量,大約是制造設(shè)備、風(fēng)電場(chǎng)的 建設(shè)、運(yùn)營(yíng)維護(hù)以及最后淘汰整個(gè)過(guò)程所耗能源 的80倍以上,而一般的火電廠所發(fā)電量只有其完成 發(fā)電全過(guò)程所耗能源的4倍左右。 二、海上風(fēng)力發(fā)電的優(yōu)點(diǎn) （2）運(yùn)營(yíng)成本低。風(fēng)力發(fā)電所需要的能量來(lái)自 于風(fēng),除發(fā)電機(jī)組外,風(fēng)力發(fā)電所需的其它輔助設(shè) 備和材料很少,除少量的運(yùn)營(yíng)維護(hù)費(fèi)用外,風(fēng)力發(fā) 電的日常費(fèi)用很低。 （3）風(fēng)力發(fā)電項(xiàng)目建設(shè)周期短、靈活性強(qiáng)。風(fēng) 電場(chǎng)的建設(shè)期一般不超過(guò)兩年,而建設(shè)一個(gè)火電廠, 最快也需要幾年的時(shí)間,

3、水電站與核電站的建設(shè)周 期會(huì)更長(zhǎng);其次,風(fēng)電場(chǎng)的建設(shè)規(guī)?？梢愿鶕?jù)具體 情況而定,如果資金實(shí)力雄厚就可以大規(guī)模建設(shè), 不足則可分期完成,建成一臺(tái)機(jī)組,就可以運(yùn)行,風(fēng) 力發(fā)電所具有的靈活性大大提高了其自身的可利 用價(jià)值和競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。 （1）風(fēng)速、低風(fēng)切變。由于海水面十分光滑, 粗糙度較小,摩擦力較小。因此,風(fēng)速較大,風(fēng)速、 風(fēng)向的變化較小,風(fēng)切變(即風(fēng)速隨高度的變化) 也較小,這樣就不需要很高的塔架,可降低風(fēng)電 機(jī)組成本。 （2）低湍流。海上風(fēng)湍流強(qiáng)度小,具有穩(wěn)定的 主導(dǎo)風(fēng)向,機(jī)組承受疲勞負(fù)荷較低,風(fēng)機(jī)壽命更 長(zhǎng)。 （3）高產(chǎn)出。海上風(fēng)電場(chǎng)允許單機(jī)容量更大 的風(fēng)機(jī),高者可達(dá)5MW10MW,由于對(duì)噪音

4、要求 較低,通過(guò)更高的轉(zhuǎn)動(dòng)速度及電壓,可獲取更高 的能量產(chǎn)出 與陸基風(fēng)電相比,海上風(fēng)電有如下優(yōu)勢(shì): （1）塔頭（風(fēng)輪和機(jī)艙） （2）塔架 （3）基礎(chǔ)（水下結(jié)構(gòu)與地基） 三、海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組三個(gè)主要部分 1、單樁基礎(chǔ) 2、多樁基礎(chǔ) （1）普通多樁基礎(chǔ) （2）三腳樁基礎(chǔ) 3、重力式基礎(chǔ) 4、吸力式基礎(chǔ) 5、懸浮式基礎(chǔ) 四、海上風(fēng)力發(fā)電基礎(chǔ)的形式 單樁基礎(chǔ)是最簡(jiǎn)單的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu),由 焊接鋼管組成,樁和塔架之間的連 接可以是焊接連接,也可以是套管 連接,通過(guò)側(cè)面土壤的壓力來(lái)傳遞 風(fēng)機(jī)荷載。樁的直徑根據(jù)負(fù)荷的 大小而定,一般在35m左右,壁厚 約為樁直徑的1%。插入海床的的 深度與土壤的強(qiáng)度有關(guān),可由液壓

5、錘或振動(dòng)錘貫入海床,或者在海床 上鉆孔,二者在樁的直徑的選擇上 有一些區(qū)別,撞擊入海床的方法,樁 的直徑要小一些,海床上鉆孔的方 法,樁的直徑可以大一些,壁厚可適 當(dāng)減小。 1、單樁基礎(chǔ) 適用情況:水深小于30m且海床較為堅(jiān)硬的 水域,在淺水域中尤其適用,更能體現(xiàn)其經(jīng) 濟(jì)價(jià)值。 優(yōu)點(diǎn)在于:制造簡(jiǎn)單,無(wú)需做任何海床準(zhǔn)備。 缺點(diǎn)在于:受海底地質(zhì)條件和水深的約束較 大,水太深 易出現(xiàn)彎曲現(xiàn)象;再則,安裝時(shí)需 要專用的設(shè)備(如鉆孔設(shè)備),施工安裝費(fèi)用 較高;另外,對(duì)沖刷敏感,在海床與基礎(chǔ)相接 處,需做好防沖刷防護(hù) （1）普通多樁基礎(chǔ) （2）三腳樁基礎(chǔ) 2、多樁基礎(chǔ) 普通多樁基礎(chǔ),根據(jù)實(shí) 際的地質(zhì)條件和

6、施工 難易程度還可以做成5 根樁, 外圍樁一般做成 一定角度的傾斜。這 種基礎(chǔ)與單樁基礎(chǔ) 沒(méi) 有本質(zhì)上的區(qū)別,其適 用范圍、優(yōu)缺點(diǎn)和單 樁基礎(chǔ)都相差無(wú)幾。 （1）普通多樁基礎(chǔ) 三腳樁基礎(chǔ),采用標(biāo)準(zhǔn)的三腿 支撐結(jié)構(gòu),由中心柱、三根插 入海床一定深度的圓柱鋼管 和斜撐結(jié)構(gòu)構(gòu)成,鋼管樁通過(guò) 特殊灌漿或樁模與上部結(jié)構(gòu) 相連,其中心柱提供風(fēng)機(jī)塔架 的基本支撐。這種基礎(chǔ)由單 塔架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化演變而來(lái),同時(shí) 增強(qiáng)了周圍結(jié)構(gòu)的剛度和強(qiáng) 度。 適用情況:應(yīng)用于水深達(dá)30M 以上,且海床較為堅(jiān)硬的海域。 （2）三腳樁基礎(chǔ) 重力基礎(chǔ),一般為鋼筋混凝土結(jié) 構(gòu),是所有的基礎(chǔ)類型中體積最 大、重量最大的基礎(chǔ),依靠自身 的重力

7、使風(fēng)機(jī)保持垂直。在制 作時(shí),一般利用岸邊的干船塢進(jìn) 行預(yù)制,制作好以后,再將其漂運(yùn) 至安裝地點(diǎn)。海床預(yù)先處理平 整并鋪上一層碎石。然后再將 預(yù)制好的基礎(chǔ)放于碎石之上。 在與海平面接觸的部位,為了減 小冰荷載帶來(lái)的影響,可將其設(shè) 計(jì)成錐形。 3、重力式基礎(chǔ) 適用情況:水深一般小于10m,任何地質(zhì)條 件的海床。優(yōu)點(diǎn)在于:結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,造價(jià)低;抗 風(fēng)暴和風(fēng)浪襲擊性能好,其穩(wěn)定性和可靠 性是所有基礎(chǔ)中最好的。 該基礎(chǔ)分為單注及多注吸力式沉箱基礎(chǔ)等。吸 力式基礎(chǔ)通過(guò)施工手段將鋼裙沉箱中的水抽出 形成吸力。想比前面介紹的單樁基礎(chǔ)，該基礎(chǔ) 利用負(fù)壓方法進(jìn)行，可大大節(jié)省鋼材用量和海 上施工時(shí)間，具有較良好的應(yīng)用前景。 4、吸力式基礎(chǔ) 它是漂浮在海面上的盒式箱體,風(fēng)電設(shè)備的支撐塔 柱固定在盒式箱體上。在水深大于50m時(shí),采用其 它形式的基礎(chǔ)形式不經(jīng)濟(jì)時(shí),就考慮浮體結(jié)構(gòu),浮體 根據(jù)錨固系統(tǒng)的不同而采取不同的形狀,一般為矩 形、三角形或圓形。目前,還沒(méi)有海上風(fēng)電場(chǎng)應(yīng)用 這種基礎(chǔ),但待淺海海域開發(fā)完畢,風(fēng)電場(chǎng)向深海發(fā) 展的時(shí)候,浮體支撐必然有其廣闊的應(yīng)用前景。 5、懸浮式基礎(chǔ) 1、水深 2、土壤和海床的條件 3、外部載荷 4、施工方法和條件 5、成本 五