|
|
本帖最后由 hysamson 于 2010-2-23 16:13 编辑
有关部门的最新消息，到二○一○年，上海的风力发电总装机容量将达到两百至三百兆瓦。为达到这一目标，中国第一座长距离跨海大桥东海大桥两侧将建成中国内地首个海上风力发电场。东海大桥海上风电场工程，装设50台2000kW风力发电机组，总装机容量10万kW，预计年上网电量25851万kWh，项目投资21.22亿元。 在此，对该宏伟工程的主要技术给大家作一个简单的介绍。
首先是风机的基础，我们都知道，要想将风机稳稳地固定在海上，最重要的就是要为风机大下坚实的基础，目前世界上用的最多的，也是最可靠的打桩基础主要有四种—单桩基础，钢筋混凝土基础，重力+钢筋基础，三脚架基础。
单桩基础是一种简单的结构，它是由一根直径3.5到4.5米的钢管柱构成。钢管安装在海床下10到20米的地方，其深度由海床地面的类型决定。该技术的主要优点就是简单实用，而且不需要对海床进行整理，不足是需要大型重力打桩设备，而且在海底有大量漂石时安全性大大降低。
钢筋混凝土基础最早在丹麦使用，顾名思义，就是用巨大的混凝土作为沉箱，依靠地球本身重力的作用，使风机处于垂直状态。该技术比较落后，因为其巨大的重力箱不仅操作很困难，而且投资巨大，因此，国际上在水深10米以上的地方往往禁止此技术。
重力+钢筋基础可以说是上述两者的结合，该技术用圆柱钢管代替钢筋混凝土，将其嵌入到海底的扁钢箱里。由于该技术的优越性，现国际上的海上风力场多采用该技术。
三脚架基础吸取了石油工业的一些经验，采用了重量轻价格合算的三角钢管套，将其嵌入海底，这样就使风塔下面的刚桩分布着一些钢架，这些框架分掉了塔架对于三个钢柱的压力一般这三个钢柱被埋置与海底10到20米深处。
由于从各方面考虑，本工程采用的是单桩基础。（以一根直径4.8米的钢管柱），或者采用8根直径1.2米的钢管柱搭成的平台作为承载基。
接下来要介绍的是风轮技术。发展风力发电的关键是利用新技术和新材料。通过流体力学的大量研究，专家们对风车车翼的形状进行了改造，改为流线型外壳，这样能更有效地利用风力所带来的能量； 过去风车车翼的叶片是用金属制造的，现在改为使用更加轻盈而坚硬的玻璃纤维复合材料，从而减轻了自身的重量。
风力发电机的一相重要技术，也是技术难点，就是风机的叶片技术，不仅形状上设计要合理，能使风能利用率最大，而且同时要考虑的还有叶片的材料，对材料的很高，既要经久耐用，不易损坏，同时也要重量轻，这样才能减少能量的损失，做到风能利用最高。因此，目前世界上叶片设计与制造所面临的主要困难在于以下几个方面：
风力发电机叶片是一个复合材料制成的薄壳结构。结构上分三个部分。(1)根部:材料一般为金属结构;(2)外壳:一般为玻璃钢;(3)龙骨(加强筋或加强框):一般为玻璃纤维增强复合材料或碳纤维增强复合材料。 叶尖类型多种多样,有尖头、平头、钩头、带襟翼的尖部等。 叶片制造工艺主要包括:阳模→翻阴模→铺层→加热固化→脱模→打磨表面→喷漆等。 叶片设计难点包括1)叶型的空气动力学设计;(2)强度、疲劳、噪声设计;(3)复合材料铺层设计。 叶片的工艺难点主要包括1)阳模加工;(2)阴模翻制;(3)树脂系统选用。
风 风机获得风能以后，还要将其转换为电能，中间就必须要用到一个转换设备，那就是齿轮箱，齿轮箱将低速的不能用来发电的风能转化为高速的机械能，这样就能使发电机发电了。因此，在整个风力发电机当中，齿轮箱可以说是担任了一个转换器的角色。
至低速轴的50倍。 高速轴及其机械闸：高速轴以1500转每分钟运转，齿轮箱：齿轮箱左边是低速轴，它可以将高速轴的转速提高并驱动发电机。它装备有紧急机械闸，用于空气动力闸失效时，或风电机被维修时。
当风轮和齿轮箱将风能转换为可利用的机械能之后，我们就需要发电机来将其转换为可以广泛使用的电能。因此，接下来有必要介绍一下风力发电的发电机。大型风力发电机结构上一般分为四大部分1)转子:含叶片、轮毂、机头罩;(2)机舱:含托架、齿轮箱(传动变速机构)、发电机、刹车及偏航系统;(3)塔架:分桁架式、塔筒式,塔筒式的又有圆形及多边形断面之分;(4)控制系统:含计算机显示系统和联网电缆。
由于风力发电机发出的电电压是不稳定的，因此我们在发电机舱里同时安装了一个风机箱式变压器（10~36kv），用来将风机端口的0.6kv电压升至35kv。这也是发电机的一部分。
这样，风力发电机获得电能以后，需要将其传输给广大居民使用，因此需将海上的电能传输到岸上的电网上来。通常情况下我们采用海底敷设电缆的办法，将电缆埋于海底，将电能通过海底电缆传输到陆地上。因为电缆的传输的能量损失最小，而且最安全。
为了减少由于捕鱼工具、锚等对海底电缆造成破坏的风险，海底电缆必须埋起来。如果底部条件允许的话，用水冲海床(使用高压喷水)，然后使电缆置人海床而不是将电缆掘进或投入海床，这样做是最经济的。本工程电缆主要连接风机与风机之间，风机与变电站之间，均为海底铺设，采用开犁沟挖沟，铺缆船铺设 的方式，总长约为76千米。
电能的传输方式采用无功功率，高压直流输电的方式。无功功率和交流电相位改变相关，相位的改变使能量通过电网传输更加困难。海底电缆有一个大电容，它有助于为风电场提供无功功率。这种在系统中建立可能是最佳的可变无功功率补偿方式决定于准确的电网配置。如果风电场距离主电网很远，高压直流输电(HVDC)联网也是一个可取的方法。
电能传输到岸上以后需再经过一次变电站，经过岸上的110kv变升压站，电力经过升压后达到110kv，然后经由两回110kv回路接入220kv芦一变电站的110kv的母线段并升压纳入上海市电网。
最后万事具备了。要如何对发电场进行排布又应来了困难。如何排布才是最经济的，风能的利用率最高。
东海大桥风电场位于上海市临港新城至洋山深水港的东海大桥两侧1000m以外沿线，风电场最北端距离南汇嘴岸线5.9km，最南端距岸线13km。风机布置按东海大桥东侧布置4排35台风机；西侧布置2排15台风机，风电场装机规模10万kW。风机南北向间距500m（局部根据航道、光缆走向适当调整）；东西向间距1000m。风电场通过35kV海底电缆接入岸上110kV风电场升压变电站，接入上海市电网。为什么要这么排布呢？主要从以下几个方面考虑：1.便于节省打桩成本2.电能的传输更方便3.还有可能是由于风能的分布不均衡。4.方便管理和维修总之综合各方面的考虑，将发电场建在大桥的两侧是最经济的。即成本最低。由于该风电场是建在海上的，所以，我们不可能在风电场附近建一个监控系统，于是，我们需要对该风电场进行远程监控。海上风电场远程监控要比陆地远程监控更重要一些。其原理主要是在每件设备上安装一些特别的传感器，以用来连续地分析传感器在设备磨损后改变工作模式而产生的细微振动，这样可能会带来一定的经济效益。
最后，远程监控只是为了随时了解发电机的运行情况和发现突发情况，一般的，我们对风力发电场要进行定期检修，以及时发现问题，解决问题。在天气条件比较恶劣的情况下，维修人员很难接近风机，风机得不到正常检修和维护，造成安全隐患。所以，确保海上风机高可靠性显得尤其重要。对于一些偏远的海上风电场，应合理设计风机的定期检修程序。
从个方面考虑，上海风力发电场的条件都已成熟，上海风力发电场的建成将为我国带来不可估量的利益，包括建设海上风力发电场在中国的第一手宝贵经验，为我国风力发电奠定了基础。从此，我国将跨入世界上为数不多的几个拥有海上风力发电的国家之一。 |
|
发表于 2008-9-18 17:24:23
楼主
