海上风力发电机组的电气基础设施以及运输、安装和维课件.ppt
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1、海上风力发电机组的电气基础设施以及运输、安装和维护系统的可靠性及其冗余部件组装和海上安装的成本较高将电能输送到陆地的距离较远在大型的海上风电场,电气基础设施不仅包括陆上风电场所需要的电缆铺设和电网连接,还由于它是一个独立和复杂的系统有一些特殊的技术要求和特点10.4.4电气基础设施包括海上风电场内部的电气系统海上变电站连接陆地电网的海底电缆陆上输电线路JDR Cables目前的海上风电场项目内部电气系统一般为一个中压三项系统,电压等级为1035KV。连接电缆为3芯,带光纤信号导体,称为XLPE电缆,排列成一个图盘形状。目前的塑料(非金属)护套电缆的成本比一般陆地电缆要高20%40%铺设成本一般
2、要高50%80%36kV海底电缆的成本(包括铺设费用)约为120 -460欧元m,高压电缆(110150kV)的成本(包括铺设费用)约为550-650欧元/m。使用专门的电缆铺设船,在海底喷射出Im深的水沟,将电缆放入、铺设。5三芯海底电缆6海缆施工质量管理要点(1)海底电缆应按规定的电缆路由进行敷设。电缆敷设施工时应严格按照设计要求控制敷设偏差,一般情况偏差小于水深的50%,电缆转角施工时偏差应不得大于该处海水水深。(2)敷设余量应随水深、海底坡度等参数的变化而变化,电缆需沿海底地形走势紧贴海床敷设,不得存在悬空的现象;(3)实时监控海缆敷设施工中敷设速度与敷设张力,保持船舶行进速度与敷设速
3、度一致,确保海缆受到的敷设拉力在设计要求范围内;(4)海缆敷设时,应保持海缆入水角度为3060O,确保海缆内部结构不受损坏;(5)海缆敷设船应配备 GPS系统,实时记录海缆 敷设路径,为将来对海缆 的检查、保养、维修提供 便利;(6)海缆接入环网柜T套 管电缆头制作时应严格按 照T套管厂家工艺标准。 海缆铺设船示意图海缆铺设船示意图7电缆的铺设JDR Cables电能的传输方式大致可以分为 3 种:高压交流输电(HVAC)、 高压直流输电(HVDC)和电压源换流器高压直流输电(VSC- HVDC) HVAC 应用较早并已积累了丰富的经验, 电缆和电子器件等的成本也相对较低, 在很多小型的近海风
4、场得到广泛应用 离岸较远的大型海上风场一般采用 HVDC 输电 HVDC 输电不受容性电流的影响, 电压损耗低, 可调节有功和无功功率的输出, 保持电网稳定,传输时不会产生谐振, 且不会在电网中产生短路电流 VSC- HVDC 使用脉宽调制的方法产生正弦电压, 控制灵活, 可任意进行有功和无功控制, 允许双向能量传输, 故障时解耦, 风场不必和电网保持同步, 并可采用多端并网方式, 在海上风场的发展极具优势随着距离的增加, HVDC 输电的优势越明显数据表明, 离岸越远直流输电的优越性越显现 在距离较近的海岸, 交流输电的总成本高于直流输电, 但是当海岸距陆地超过 90 km 时, 直流输电的
5、优势可得到充分体现海上变电站在距离较远、功率较高的情况下,电能必须以高压传送到陆地上,如超过IOOMW且离岸超过15km这种情况下建立海上变电站通常是必要的,在变电站内,风力发电机的输出电缆被连接到一个中心点上,电力以高压来传输。海上平台上的主要电气设备:主变及冷却系统;高压气体绝缘开关;中压开关;无功补偿;辅助变压器及中性点接地设备;SCADA;柴油机组及低压供电系统等。10海上变电站的设计指导原则 一般装2台主变并以隔火墙隔离; 主变容量需根据风场容量优化; 开关设备所在区域通风良好; 隔层空间设计充分考虑海底电缆安装的需要。 紧急备用电源完全独立,在事故情况下可接近,可控制,可靠; 柴油
6、机或加热器远离危险区域,适当隔离; 紧急备用电源不受水灾,火灾或主系统事故的影响,维持其完整性; 持续电源及电池系统应该与紧急备用电源隔离,不受影响。11海上升压站立面图新闻链接中国首座海上变电站2015年9月26日11点58分,随着3500T浮吊船“宇航3000号”主钩顺利松钩,中国首座海上变电站中广核如东150兆瓦海上风电项目110千伏海上升压站吊装完成。中广核风电人填补了华夏浩瀚大洋之上无高压变电站的空白。中广核如东150兆瓦海上风电项目110千伏海上升压站平台总重约1280吨,采用整体式布置,包括上部结构和下部结构。下部结构采用单桩型式。上部结构包括过渡段和上部组块,布置了电气、消防、
7、暖通和给排水设备。单桩基础和上部组块过渡段分别于6月和9月完成施工。后续,中广核将在确保安全和质量的前提下推进海上风电项目建设,实现年内中国首个真正意义上的海上风电项目并网发电。13与陆地电网连接输电并网系统架构海上风电场规模不断扩大且逐渐远离陆地, 使输电并网面临巨大挑战 海上风场的离岸集电网络构成及电能传输方式都是目前研究的重要课题 海上风场的集电系统包括风机和变电站 2 部分 风机一般分为多组, 每组采用星型或串型方式连接, 如图 3 所示 串型连接方式中每个风机都有独立的变压器, 多台风机连接型成串型或叉型支路连至变电站 星型连接的风机先与临近的装有变压器的集电平台相连, 再集中连接至
8、变电站 星型连接的风机不需要安装单独的升压变压器, 成本低, 但稳定性差, 且要建多重集电平台, 施工不便, 目前海上风机只采用串型连接 考虑到海底电缆铺设和风机连接, 原则上将变电站的位置定于海上风场的几何中心, 但建设陆上变电站更容易, 成本更低, 目前海上和陆上变电站平台都有使用 风场密集区并网还应考虑风场间的连接 风场间主要有径向网络和离岸型网络 2 种形式 径向网络中每个风场直接与陆上的主电网相连;离岸型网络是临近的风场先相互连接形成网络, 再通过主线与陆上主电网连接 研究表明, 离岸型的连接方式更经济、 更稳定, 是未来发展的趋势。14电压等级的选择 对于风机之间的互联电网, 25
9、40kV (33 kV in UK) 是主流,取决于配套的变压器,开关设备的性能与造价; 对于外送电缆, 130150kV (132kV in UK) 被广泛选择,既有成本因素,也有技术因素,比如风场规模,XLPE海底电缆技术现状,海上变电站设计容量以及离岸距离等。 海上安装和运输对风力发电机的运输和组装提出了特殊的要求,所产生的问题和需要的成本与陆地风力发电机组的截然不同。海上风电工程建设要求“无大风、无海浪、无淋雨”的条件,而我国东南沿海受海洋性气候和大陆性气候交替影响,频繁遭遇台风、暴雨、潮汐、巨浪等极端天气,一年的有效施工天数约为150天,致使海上风电场的施工工期延长,运行维护难度加大
10、。10.4.5海上风力机的运输、安装和维护16海上风力发电机的运输 对于安装海上风力机首先就是大宗部件的运输。如4MW、5MW的风力机,塔筒和叶片的长度都超过了50m,在陆地长途运输时,困难可想而知。此外还有基础问题,如果采用多桩式基础,问题尤其突出。出于经济原因的考虑,部件的预制和组装都在陆地进行,这就省却了在海上组装的成本和不可测因素,如因为天气原因无法及时装配,将产生大部件储存的问题。17海上风力发电机的安装离岸风力发电机的安装相对于岸上安装难度更高,可通过千斤顶驳船或浮吊船完成。它们之中的选择取决于水的深度,以及起吊机的能力和驳船的载重量。起吊机应具备提升风力发电机主要部件(如塔架、机
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