海上風(fēng)電結(jié)構(gòu)一體化安裝技術(shù)分析

范 勇

（中鐵建港航局集團(tuán)勘察設(shè)計(jì)院有限公司，廣東 番禺 511442）

對(duì)于當(dāng)前的海上風(fēng)電一體化的安裝技術(shù)，有著安裝速度快的優(yōu)勢(shì)，而且風(fēng)機(jī)運(yùn)輸以及安裝的時(shí)間相對(duì)較短，在實(shí)際作業(yè)前會(huì)針對(duì)氣象情況來開展有效的安排和設(shè)計(jì)，以風(fēng)浪小的時(shí)段開展施工作業(yè)，以此來提升結(jié)構(gòu)質(zhì)量。

1 海上風(fēng)電場(chǎng)與風(fēng)電機(jī)組的一體化建設(shè)

在海上風(fēng)電場(chǎng)中的效益是比較突出的，但其風(fēng)電場(chǎng)的發(fā)電量也是非常大的。對(duì)于海上風(fēng)電場(chǎng)發(fā)電量會(huì)受兩種因素的影響，其中就包括場(chǎng)區(qū)風(fēng)能資源以及風(fēng)電機(jī)組選型。所謂的風(fēng)能就是以水平方向來流動(dòng)的空氣來作為動(dòng)能，對(duì)于風(fēng)機(jī)和風(fēng)能的轉(zhuǎn)換，可以獲得實(shí)際的發(fā)電功率公式：W=1/2×ρ×A×v3×Cp×η，對(duì)于其中ρ為該地區(qū)空氣的密度，而A為空氣在通過是的面積，也就是風(fēng)輪所掃略的面積；而v為空氣流過的主要速度，也就是風(fēng)速；Cp就是風(fēng)能所利用的系數(shù)；η是風(fēng)電機(jī)組所表示的轉(zhuǎn)換效率。通過實(shí)際分析可知，其風(fēng)電機(jī)組所產(chǎn)生的能力會(huì)結(jié)合以上因素的關(guān)系而受到影響。另外，自然條件和風(fēng)電機(jī)組也是呈現(xiàn)相互制約的關(guān)系，如其風(fēng)電機(jī)組所掃略的面積雖然可以滿足捕獲更大的風(fēng)能，但也要考慮到其抗極端風(fēng)速的實(shí)際能力以及自身載荷承受的能力，尤其是海上發(fā)生惡劣氣候時(shí)，要考慮到風(fēng)電機(jī)組受風(fēng)浪沖擊以及鹽霧腐蝕和周邊能夠滿足風(fēng)電機(jī)組儲(chǔ)存的相應(yīng)條件。因此，在實(shí)際建設(shè)工作中，應(yīng)通過建立一體化的體系，確保一體化體系的良好建設(shè)。

2 風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)和風(fēng)電機(jī)組中一體化的建設(shè)

在DNV GL集團(tuán)公司中提出了“Project Force”的一體化體系，以降低海上風(fēng)電成本為目的，在工程中比較注重以下幾點(diǎn)，只有運(yùn)用行業(yè)聯(lián)合項(xiàng)目的運(yùn)作形式，才能滿足降低成本的效果。

2.1 注重整體的設(shè)計(jì)

應(yīng)針對(duì)樁頭再到葉尖的所有系統(tǒng)開展全面的耦合數(shù)值的建模，重視風(fēng)機(jī)制造與基礎(chǔ)支撐間做好銜接，也就是實(shí)現(xiàn)風(fēng)載荷浪載、風(fēng)切變?yōu)閷?duì)風(fēng)機(jī)導(dǎo)管架的架構(gòu)型式存在的不穩(wěn)定情況進(jìn)行分析、也進(jìn)行阻尼效應(yīng)的分析等。

2.2 強(qiáng)化控制的策略

通過轉(zhuǎn)換控制系統(tǒng)，也就是運(yùn)用在降低支撐結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)疲勞載荷中的獨(dú)自變槳控制，以輕型、便宜的導(dǎo)管架和能夠降低推力、控制支撐結(jié)構(gòu)成本的機(jī)艙激光雷達(dá)等為主。

2.3 對(duì)葉片進(jìn)行優(yōu)化

在忽略蝶音影響的狀態(tài)下，會(huì)以轉(zhuǎn)變?nèi)~片外形或是平面圖造型的形式，讓能量輸出實(shí)現(xiàn)最大化發(fā)展，由此減少載荷，真正滿足傳動(dòng)鏈額定的扭矩優(yōu)勢(shì)降低，也能對(duì)重量和成本進(jìn)行合理的控制。

2.4 對(duì)放寬頻率進(jìn)行有效約束

在結(jié)構(gòu)中都包括固有頻率的共振頻率，和不同的頻率進(jìn)行對(duì)比，此頻率之下的結(jié)構(gòu)能夠有明顯的激勵(lì)晌應(yīng)。在風(fēng)電機(jī)組的結(jié)構(gòu)中，其載荷交變會(huì)受風(fēng)輪葉片轉(zhuǎn)速有一定關(guān)聯(lián)，而對(duì)于傳統(tǒng)的限制共振的振幅，主要就是以達(dá)成共振振幅最小的形式為主，但該設(shè)計(jì)形式卻要求其導(dǎo)管的架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以較低固有頻率為主，使得底部的跨度變小，其組件管壁相對(duì)偏厚，重量也較高。而其放寬設(shè)計(jì)頻率的約束，在進(jìn)行建模分析應(yīng)運(yùn)用更高剛度地導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，使得其固有頻率也會(huì)更高，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)大幅節(jié)省鋼材用量，從而實(shí)現(xiàn)成本有效控制的效果。

3 海上風(fēng)電項(xiàng)目建設(shè)中一體化施工策略

在實(shí)際的海上風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)中，主要有風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)的制造、基礎(chǔ)工程施工以及風(fēng)機(jī)安裝和升壓站設(shè)計(jì)和安裝等，其所有板塊都要有較長(zhǎng)時(shí)間才能完成，而且其互相是制約性的，而且還包含了基礎(chǔ)制造的時(shí)間、運(yùn)輸?shù)膶?shí)際距離和船型的選擇以及系統(tǒng)規(guī)劃等。如果在其中某一環(huán)出現(xiàn)問題，那么就將會(huì)整個(gè)風(fēng)場(chǎng)建設(shè)帶來影響，不僅會(huì)帶來時(shí)間影響，也會(huì)帶來成本問題。例如，在開展海上風(fēng)電運(yùn)輸和安裝工作中，因海上風(fēng)機(jī)在安裝是包括重心高、部件多以及機(jī)位多等特點(diǎn)，是海上風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)中最為重要也是風(fēng)險(xiǎn)較大的環(huán)節(jié)，而且其海上風(fēng)電場(chǎng)在建設(shè)時(shí)，也會(huì)受到離岸距離、風(fēng)場(chǎng)的地質(zhì)水文條件以及安裝形式等多種因素的影響，并且在施工中也要重視其與整體風(fēng)場(chǎng)的其他部分的施工進(jìn)度進(jìn)行安排，以全面一體化的建設(shè)體系，實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)效率和降低風(fēng)險(xiǎn)的效果。

4 海上風(fēng)電場(chǎng)建立一體化運(yùn)營(yíng)信息平臺(tái)

實(shí)際的海上風(fēng)電場(chǎng)全生命周期為30年，其風(fēng)場(chǎng)維護(hù)的難度以及成本都比較大，而想要對(duì)運(yùn)營(yíng)成本進(jìn)行控制，是實(shí)際工作中需要重視的內(nèi)容。而針對(duì)陸地風(fēng)場(chǎng)的建設(shè)中，其風(fēng)場(chǎng)全生命周期的運(yùn)營(yíng)是以開發(fā)商為核心，其負(fù)責(zé)開展風(fēng)機(jī)的大部件維護(hù)和質(zhì)量保護(hù)，在質(zhì)保期間是有廠家進(jìn)行維護(hù)，而過質(zhì)保期就要由開發(fā)商來進(jìn)行維護(hù)，由此來確保風(fēng)電場(chǎng)系統(tǒng)得到有效運(yùn)作。而對(duì)于海上風(fēng)電場(chǎng)的建設(shè)中，可以通過建立海上風(fēng)電場(chǎng)一體化的信息平臺(tái)，以大數(shù)據(jù)技術(shù)為基礎(chǔ)，建立一體化的信息平臺(tái)。首先，通過建立一體化的信息共享的平臺(tái)，讓風(fēng)電場(chǎng)針對(duì)風(fēng)機(jī)的運(yùn)行、基礎(chǔ)以及海纜等相關(guān)進(jìn)行進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并在各個(gè)部門間實(shí)現(xiàn)信息共享。其次，通過堅(jiān)實(shí)一體化的信息分析平臺(tái)，對(duì)工作中所搜集的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，主要以故障點(diǎn)頻率統(tǒng)計(jì)、氣象條件變化規(guī)律、風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)機(jī)發(fā)電效率分析以及維護(hù)成本統(tǒng)計(jì)等，通過從表面到深層的形式來了解風(fēng)場(chǎng)實(shí)際情況。

5 結(jié)語

在海上風(fēng)電結(jié)構(gòu)一體化建設(shè)中，不但能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)成本的控制，而且對(duì)提供其運(yùn)作效率和質(zhì)量也有極大意義，在海上風(fēng)電場(chǎng)開展一體化安裝工作，能夠?qū)?xiàng)目前期的核準(zhǔn)、設(shè)計(jì)以及施工建設(shè)和運(yùn)營(yíng)維護(hù)等各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行維護(hù)，確保所有工作的有效性和完善性，為發(fā)揮海上風(fēng)電場(chǎng)作用和優(yōu)勢(shì)提供堅(jiān)實(shí)保障。