海上風電場的基本構成及其建造方式是怎樣的？

01-15

本題已收入知乎圓桌 ? 「能」見蔚藍 ，歡迎關注討論~

本回答的場景應用【http://eqxiu.com/s/jzlFgO】，先感受一下！！

世界上最早的海上風電場是丹麥於1991年在 Vindeby 建成並投入使用，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業已引起各國的關注。歐洲多個國家已建立多個海上風力發電廠而且規模巨大，其數據可參考【Global Offshore Wind Farms Database → Global Offshore Wind Farms Database】1. 海上風電場的構成

一個完整的海上風電場一般由一定規模數量的風電機組和輸電系統構成。

1.1 風電機組

單個的風電機組包括葉片、風機、塔身和基礎部分。

1.1.1 葉片和風機

風機的工作原理是空氣動力學原理。風並非"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，令風機旋轉並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，然後再將轉子的動能又轉化成電能輸出。

[風機的工作原理]

1.1.2 塔身

風電機組塔身一般由空心管狀鋼材製成，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，使風葉片處於風力資源最豐富的高度。

1.1.3 基礎

風電機組基礎結構的主要作用是固定風電機組，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，其使用範圍和具體結構如下圖所示。

[風電機組基礎結構的四種基本形式-適用範圍]

[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採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-該基礎結構適用於&<30m的中水域，利用打樁、鑽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-該基礎結構適用於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-該基礎結構適用於&>60m的深水域，由於其不穩定，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採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，然後通過海底電纜將電輸送到岸上變電站。此外，基於電網換相換流器（LCC）的直流輸電系統被廣泛應用於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]2. 海上風電場的建造

2.1 海上風電機組的安裝平台

海上風電機組的安裝可通過千斤頂駁船或者浮吊船完成，其具體形式分別如下圖所示。

[浮吊船]

[千斤頂駁船]

2.2 海上風電機組的安裝方式

根據歐洲地區海上風電場施工工程公開的Opti-OWECS報告，海上風電機組的安裝方式主要有三種：千斤頂安裝(Jack- up Installation)，半沉式安裝(Semi-Submersible Installation)和漂浮式安裝(Float-Over Installation)。其中的選擇取決于海水深度、起吊機的能力和駁船的載重量。

[千斤頂安裝(Jack- up Installation)]

[半沉式安裝(Semi-Submersible Installation)]

[漂浮式安裝(Float-Over Installation)]

2.3 海上風電機組的安裝過程

海上風電機組的安裝過程一般分成兩個部分，首先是地基建設，然後是風機在地基上的安裝。

通常風機的部件先在陸上裝配好，然後再運載到海上風電場，依次進行風機基礎結構安裝、塔身安裝、機艙安裝和葉片安裝等，其具體過程可參照如下視頻。

如何建造海上風電場視頻[風機在地基上的安裝過程]

ps,文中圖片均來自網路.

樓上已經回答的很全面了，我稍微補充一下英國的風電場的具體劃分（英國目前應該是世界上Offshore Wind Farm 發展相對成熟的市場了）。如下圖所示: 整個風電系統大致可以分為7個部分：1. Wind Turbine （發電機） 2. Wind Turbine Foundation （風電基礎）, 3. Array Cables （矩陣電纜？） 4. Offshore Substations （海上配電站）, 5. Export Cables （海底電纜）, 6. Onshore Cables （電纜）, 7. Onshore Substations（配電站）. 之後併網。

項目建成後，1－3歸項目開發商運營和維護，4-7歸OFTOs (Offshore Transmission Owners)運營和維護。

一般般啦。現在有些公司研發了好多施工技術，基礎及風機安裝。

討論施工技術，最好是把風機、基礎、風機安裝放到一起系統地看。

非深海區的固定式基礎分為樁基礎和非樁基礎。

所謂樁基礎指需要依靠深入海床的基礎與周圍海床土體的摩擦力來支撐基礎抗傾覆的基礎，大多樁基入泥很深，例如單樁、桁架、tripod/tripile、低樁/高樁承台。

非樁基礎則主要包括重力式基礎、負壓筒基礎。

浮式基礎：須有一定的水深。聽說目前最牛的可以在30米水深就能用浮式的。不過沒有工程實例。

非樁基礎

例如strabag，巨牛的公司，做重力式基礎，在岸邊把風機就安裝到基礎上，然後一起運到海上安裝，接駁海纜即可。當然重力式基礎僅適用於硬質海床。安裝前，海床的預處理也是比較麻煩的；也有其他公司用重力式基礎的，例如比利時的thorntonbank項目。負壓筒基礎一定是軟質海床才行，不然負壓筒沒法入泥，丹麥DONG也在試驗負壓筒基礎，測風塔級別的負壓筒基礎早就做過了，OK的，但風機級別的負壓筒基礎也是剛做好不久，不好說。

國內大多海域多位軟質海床，重力基礎很難。樁基礎也能用的。

不過負壓筒基礎應該會更有前途。原因嘛一海上安裝作業容易（對在行的人吶），這點在海上施工很重要（某開發商單樁施工一周一個）；黃海地區一般一年有效工作日不過150天。在有限的時間內提高施工效率和作業面、改進設備降低對施工條件的要求是兩個路子。第一點容易，負壓筒基礎較容易滿足。第二點，難。二施工機具少。在基礎下沉過程中，一個小浮吊扶下確保垂直入泥即可；三、無殘餘拆移。反向作業，充氣即可。這點也是目前歐洲一些服役期滿的海上風電場所暴露的問題，即拆移成本很高。四、萬一惡劣工況，地震、颱風或怎麼樣，基礎歪了，負壓筒基礎還可以重新調平。五、負壓筒基礎可以考慮如重力式基礎那樣，把風機也在岸邊先裝，然後一起拖到現場安裝。不過木有工程實例呀。但聽說這種基礎對施工技術要求高。