测风塔的结构设计【文献综述】

文献综述
拼图板
船舶与海洋工程
测风塔的结构设计
前言
海上风电由于其资源丰富、风速稳定、对环境的负面影响较少,风电机组距离海岸较远,视觉干扰很小;允许机组制造更为大型化,从而可以增加单位面积的总装机量;可以大规模开发等优势,一直受到风电开发商的关注。但是,海上风电施工困难、对风机质量和可靠性要求高,开发海上风电首先需要弄清风资源的变化规律及特征。陆地气象站所测风资源资料由于受地面粗糙度、大气稳定度和代表区域等因素的影响,不能直接用来代表海上风况。获取海上风资源数据的最直接方法就是在海上选定海域建立测风塔。
正文
海上风力发电现状
1、丹麦、德国和欧盟是海上风电发展倡导者
尽管世界海上风电装机容量已经达到了100万千瓦,但是大约40%在丹麦,其余分布在德国、英国、爱尔兰、瑞典和意大利等。丹麦是一个岛国,近海面积远远大于陆地面积,地处波罗地海,海风风速稳定,没有灾害性台风影响,有利于开发海上风电场。目前,丹麦建成了7个海上风电场,总装机容量达到40万千瓦。因此,丹麦是海上风电先导者,也是海上风电的倡导者。在丹麦的积极倡导和设备供应商的推动下,欧盟在2004年将海上风电的开发提上日程。按照欧盟风能协会的计算, 2020年风电装机容量将达到1. 8亿千瓦,海上风电约为8 000万千瓦。欧盟各国为海上风电项目审批实行一站式服务,为海上风电项目的开发提供方便;建立统一海上风电联网机制,建立近海海底电缆联网系统,方便海上风电的接入;各国分享已经取得的海上风电的经验和教训,联合进行技术研发并尽可能形成规模化海上风电的开发;明确海上风电过网费的分担水平,给开发商明确的价格政策信息;充分利用海洋开发的数据和经验,要求海洋、海事、海运部门为海上风电开发提供技术支持,以便选择最适合开发的风电场。欧洲风能协会和各电网公司联合制定海上风电上网的技术标准和技术要求,方便海上风电的上网。
在欧盟政策的鼓励下,德国也开始了海上风电的发展。德国陆地风能资源较好地区的开发程度已经较高,海上风电开发目前正式进入德国的开发日程。针对当前海上风电电价过低的局面,德国计划修改电价方案,即基本电价为14欧分/千瓦时,并可随着水深和离岸距离的增加而适当增加。德国风能协会预计:2020年陆地风能的安装潜力在4 500万千瓦,海上要发展1 000万~1 200万千瓦,合计约5 500
万千瓦;2020年风电可满足20% ~25%德国电力消费需求。德国政府远期海上风电发展计划是: 2030年前要发展2 000万~2 500万千瓦的海上风电。
欧盟国家是海上风电的先行者,也已为海上风电的开发做了大量的准备工作,一旦时机成熟,将着手推动海上风电的更大规模发展。
2、国内海上风力发电现状
2006年2月,三峡总公司在江苏响水的20万千瓦风电场项目刚刚得到国家发改委发文同意,3月又被独家获准在衢山岛以西及七姊八妹列岛海域分期开发海上风电场,项目首期建设规模20万千瓦,全部建成后总装机容量超百万千瓦——短短数月,三峡总公司2006年的两个大型新能源战略项目已落户长三角。三峡总公司风电规划是到2020年装机达400万千瓦。目前,三峡总公司已组建了长江新能源开发公司,着手新能源项目实施。
因与电力不沾边的中海油加入三峡联合体,而备受关注。参与东海大桥风电场项目的是中海油旗下的基地公司。“海上风力发电将成为集团未来重点发展项目”。在中海油上市公司中报发布会上,中海油总经理傅成玉说,中海油集团除了计划在东海投资海上风力发电之外,还会在渤海湾研究海上风力发电,希望海上风电成为中海油的另一重要能源业务。
而以大唐、中广核、中电投等电力强手组成的大唐联合体实力也不可小觑,而且都有发展风电的战略和经验。大唐集团已在风力资源丰富的内蒙地区大力发展风电,将风力发电列入发展规划并正在稳步实施。大唐赛罕坝风电场装机容量达到17万千瓦,成为目前全国最大的在役风电场。
中电投建设了江苏大丰、甘肃安西两个风电项目,2006年投产3万千瓦,2007年投产15万千瓦,2008年投产12万千瓦。到2010年中电投风电项目投产容量将达100万千瓦。中广核集团开工建设的第一个风电项目——吉林大安风电项目一期工程也于2006年11月25日开工,内蒙古灰腾梁、江苏射阳等180万千瓦的风电场正在开展前期工作。
有意思的是,可能为与上海拉上“亲戚”关系,两个联合体各自吸收了一家上海企业。三峡联合体的伙伴是颇有实力的上海申能集团,大唐联合体中虽然只有一个上海绿能,但熟悉资本市场的人清楚,中电投是上海电力的控股股东,其中含义不言自明。
作为五大发电企业之一的华电集团在风电方面也是雄心不小。目前,华电内蒙古辉腾锡勒风电项目已部分投产,山东即墨、新疆小草湖、宁夏宁东、内蒙古辉腾锡勒扩建等风电前期工作正在积极推进。在2006年12月3日华电集团风电设备采购合同签字仪式上,总经理曹培玺在讲话中说:“风电项目的开发建设将作为华电集团发展的重点,规划‘十一五’期间公司新增风电装机容量1000MW,到2020年风电装机总容量将达到3000MW”。
海上测风塔形式
常见的测风塔结构形式有自立式和拉线式两种。自立式测风塔塔体下部较宽,塔架材料用量相对较大,对基础要求也较高;拉线式测风塔受力较为合理,可靠性高,塔体截面小,塔架材料用量小,但拉线基础数量多,施工工艺复杂。本工程需考虑测风塔对过往船舶的影响,采用拉线式测风塔时其影响范围较大,且船舶在行驶过程中不易辨别拉线,影响船舶航行安全。
测风塔塔架可采用单根钢管、三角形桁架及四边形桁架等结构形式。单根钢管结构形式所需钢管直径大,迎风面积亦大,材料量大;三角形桁架结构形式较为稳定,塔架受风荷载作用较小,最为经济;四边形桁架结构形式较为稳定,一般情况下当三角形桁架不能满足受力及变形要求或不经济时,塔架可选用四边形桁架结构形式。
测风塔为高耸结构建筑物,一般采用桩基础或重力式基础等。适用于测风塔的桩基础有钻孔灌注桩、预制混凝土桩、钢管桩等。采用钻孔灌注桩时,需水下浇注混凝土,且施工周期长;采用预制混凝土桩时,需考虑接桩,打入较难,且承台不宜采用钢结构,施工周期长;采用钢管桩时,桩长小于50m时无需接桩,施工方便,但费用略高。钢管桩基础受力情况明确,抵抗极端工况的能力较强,尤其是海底洋流对钢管桩基础的影响较小,但其施工工艺较为复杂和海上防腐要求较高。重力式基础结构简单,施工方便且较为经济,但其体型较大,在海洋中受到的各种作用力复杂,受力情况不明确,且存在海浪、洋流等淘刷作用,容易失稳或产生倾斜。
val-031国内海上测风塔建造情况
2010年9月2日,华电集团福建公司首个海上风电项目——福清海坛海峡海上风电场测风塔正式投运,这标志着福建公司今年项目前期突破攻坚战之一,风电项目前期工作取得阶段性成果。
福清海坛海峡海上风电场位于海坛海峡中部,处于潮间带上,由三块区域组成,A区装
机容量80MW,B区装机容量80MW,C区装机容量40MW,总规模为200MW,年发电量6.4亿kW •h,等效满负荷小时3200h。根据福建公司工作部署,该项目前期工作由福建华电电力工程公司负责。按照福建公司“大干150天,全力打好五大攻坚战”的要求,福建华电电力工程公司科学倒排工作计划,优化细化工程节点,并派专人蹲点现场进行动态督查,倒计时按日考核进度,确保目标如期实现。
此次测风塔安装期间,恰逢今年第6号强热带风暴“狮子山”、第7号台风“圆规”和第8号热带风暴“南川”,三大热带风暴影响我国东南沿海。根据福建省防指和福建公司防台风工作部署,福建华电工程公司高度重视,早预警、早部署,各项防范措施全面到位,台风没有给工程造成险情、灾情,确保了施工安全
2020年11月6日,象山首座海上风电场测风塔建成投入运行。该测风塔位于石浦檀头山岛东侧海域,高度为100米,采用自立式桁架塔,钢管桩基础,布置两套独立的美国NRG 无线传输测风设备,包括
7层风速仪、4层风向标,另各布置一套温度、湿度和气压计。该测风塔将为60平方公里海域测量、收集1-2年的气象数据。
该工程由国电电力发展股份有限公司投资,中交集团第二航务工程局有限公司承建。7月份工程开工以来,该公司精心组织、协调施工单位克服海洋潮汐、洋流、气候及现场浪涌的影响,在确保安全的前提下,抓质量、赶进度,圆满实现了工程的目标任务。
象山海域辽阔,风能资源丰富,该测风塔的建成投运,为海上风能资源的开发利用及风电场的建设打下了良好的基础。
结论
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能源危机已经是一个人类共同面临的世界性难题,20世纪的世界范围内的两次石油危机,使人们意识到寻求和发展可以替代化石燃料的其他能源的重要性和紧迫性;而且大规模开发利用化石能源也带来气候变化、环境污染等诸多问题。风能是一种清洁的、可再生能源,风力发电是具有大规模发展潜力的成熟的可再生能源技术。所以为了获得一手的海上风资料,海上测风塔的开发利用速度将会大大提高。
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