漲姿勢(shì) | 一文帶你走進(jìn)海上風(fēng)電場(chǎng)的“血管”和“神經(jīng)”：海纜

2018-01-12 11:23:33 《科學(xué)世界》雜志　點(diǎn)擊量：評(píng)論 (0)

為了傳輸海上風(fēng)力機(jī)組發(fā)出的電能，要用到一種特制的電纜，它將電纜和光纜的功能綜合在一起，稱為復(fù)合海纜。海纜在整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的運(yùn)行結(jié)構(gòu)中同

為了傳輸海上風(fēng)力機(jī)組發(fā)出的電能，要用到一種特制的電纜，它將電纜和光纜的功能綜合在一起，稱為復(fù)合海纜。

海纜在整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的運(yùn)行結(jié)構(gòu)中同時(shí)扮演著“血管”和“神經(jīng)”的角色，除了匯集、傳輸電能外，其內(nèi)部還有光纖單元，作為風(fēng)電場(chǎng)通信及海纜監(jiān)測(cè)信號(hào)的通道。功能“二合一”的海纜一方面節(jié)約了海底電纜敷設(shè)通道資源，大大節(jié)省了工程成本；另一方面，這種集合式的結(jié)構(gòu)使纖弱的光纜得到了更好的保護(hù)，增強(qiáng)了可靠性。

▲敷設(shè)中的國(guó)內(nèi)首條三芯220千伏的海纜

（圖中黑色粗纜）攝影：孫榮剛

電力和信息同時(shí)傳送

我國(guó)早期建設(shè)的海上風(fēng)電場(chǎng)普遍采用35千伏海纜連接風(fēng)力機(jī)直接登陸，經(jīng)過(guò)陸上升壓站，向外送出電能。隨著近年來(lái)風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)規(guī)模越來(lái)越大，離岸距離越來(lái)越遠(yuǎn)，用這種方式的話，海纜數(shù)量多、電力損耗大的缺點(diǎn)尤其突出，越來(lái)越不適合海上風(fēng)電的送出。自從江蘇響水海上風(fēng)電場(chǎng)中在國(guó)內(nèi)首次應(yīng)用220千伏電壓等級(jí)海纜以后，國(guó)內(nèi)近期建設(shè)的海上風(fēng)電項(xiàng)目大多也采用這種海纜。

▲埋設(shè)機(jī)在海床之下的底泥中噴出高壓水流，沖擊出一條壕溝，同時(shí)敷設(shè)海纜。

海纜的線路布局

在海上風(fēng)電場(chǎng)中，一般是遵循最大限度利用風(fēng)能資源的原則來(lái)進(jìn)行布置風(fēng)力機(jī)的，同時(shí)還要盡量減小風(fēng)力機(jī)之間的尾流影響。與之配套的海纜在布設(shè)的時(shí)候，要設(shè)計(jì)出合理的連接方式（鏈形、環(huán)形、星形等），盡量縮短風(fēng)力機(jī)組之間的海纜長(zhǎng)度，以降低配套工程投資和場(chǎng)內(nèi)輸變電損耗。

▲江蘇響水近海風(fēng)電場(chǎng)通過(guò)8根35千伏海纜匯集風(fēng)力機(jī)發(fā)出電能，傳輸?shù)胶Ｉ仙龎赫荆偻ㄟ^(guò)220千伏海纜輸送至陸地集控中心，并入電網(wǎng)。

在響水近海風(fēng)電場(chǎng)中，共有8個(gè)聯(lián)合單元（即8個(gè)回路）匯總到海上升壓站。每8～9臺(tái)風(fēng)力機(jī)組成1個(gè)聯(lián)合單元，由35 千伏集電線路海纜以鏈形（局部為星形）連接起來(lái)匯集電能。8根聯(lián)合單元的電能在升壓站匯集、升壓至220千伏，再通過(guò)220千伏輸電線路海纜傳輸至陸上集控中心，進(jìn)而輸送至電網(wǎng)。

如何敷設(shè)海纜?

▲三芯海纜的橫截面，包含3條電纜和1條信號(hào)纜。每根電纜直徑50毫米，海纜外徑250毫米。

敷設(shè)海纜時(shí)，有專用的敷纜船。這種敷纜船不會(huì)“隨波逐流”，而是利用動(dòng)力定位系統(tǒng)精確定位在海上的位置、前進(jìn)和糾偏，可極大提高敷設(shè)的精度以及敷纜船在復(fù)雜海況下的施工能力。

向海底敷埋海纜作業(yè)時(shí)，將海纜放入埋設(shè)機(jī)腹部后，將埋設(shè)機(jī)吊入水中，擱置在海床面上。然后，啟動(dòng)其自帶的高壓水泵及埋深監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，開(kāi)始敷埋作業(yè)。埋設(shè)機(jī)隨船的拖動(dòng)而水平移動(dòng)，噴出的高壓水流沖擊海底淤泥，二者的聯(lián)合作用形成初步的斷面，同時(shí)敷設(shè)海纜，隨著周圍的淤泥坍塌，將海纜埋入海床中。

未來(lái)，隨著近海風(fēng)能資源的開(kāi)發(fā)逐漸飽和以及風(fēng)電上網(wǎng)電價(jià)下降成必然趨勢(shì)海上風(fēng)電勢(shì)必朝著遠(yuǎn)海化、規(guī)模化發(fā)展，長(zhǎng)距離、大規(guī)模的電能輸出將對(duì)降低海纜上的電能損耗提出新的需求。可以預(yù)見(jiàn)，在未來(lái)的海上風(fēng)電項(xiàng)目中，采用柔性、直流的電纜送出方式將是一個(gè)趨勢(shì)。

原標(biāo)題:走進(jìn)海上風(fēng)電｜海上風(fēng)電場(chǎng)的“血管”和“神經(jīng)”：海纜

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