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涨姿势 | 一文带你走进海上风电场的“血管”和“神经”：海缆

2018-01-12 11:23:33 《科学世界》杂志　 点击量： 评论 (0)
为了传输海上风力机组发出的电能，要用到一种特制的电缆，它将电缆和光缆的功能综合在一起，称为复合海缆。海缆在整个风电场的运行结构中同
为了传输海上风力机组发出的电能，要用到一种特制的电缆，它将电缆和光缆的功能综合在一起，称为复合海缆。
 
 
海缆在整个风电场的运行结构中同时扮演着“血管”和“神经”的角色，除了汇集、传输电能外，其内部还有光纤单元，作为风电场通信及海缆监测信号的通道。功能“二合一”的海缆一方面节约了海底电缆敷设通道资源，大大节省了工程成本；另一方面，这种集合式的结构使纤弱的光缆得到了更好的保护，增强了可靠性。
 
 
▲敷设中的国内首条三芯220千伏的海缆
 
（图中黑色粗缆）摄影：孙荣刚
 
电力和信息同时传送
 
 
我国早期建设的海上风电场普遍采用35千伏海缆连接风力机直接登陆，经过陆上升压站，向外送出电能。随着近年来风电场建设规模越来越大，离岸距离越来越远，用这种方式的话，海缆数量多、电力损耗大的缺点尤其突出，越来越不适合海上风电的送出。自从江苏响水海上风电场中在国内首次应用220千伏电压等级海缆以后，国内近期建设的海上风电项目大多也采用这种海缆。
 
 
▲埋设机在海床之下的底泥中喷出高压水流，冲击出一条壕沟，同时敷设海缆。
 
海缆的线路布局
 
在海上风电场中，一般是遵循最大限度利用风能资源的原则来进行布置风力机的，同时还要尽量减小风力机之间的尾流影响。与之配套的海缆在布设的时候，要设计出合理的连接方式（链形、环形、星形等），尽量缩短风力机组之间的海缆长度，以降低配套工程投资和场内输变电损耗。
 
 
▲江苏响水近海风电场通过8根35千伏海缆汇集风力机发出电能，传输到海上升压站，再通过220千伏海缆输送至陆地集控中心，并入电网。
 
在响水近海风电场中，共有8个联合单元（即8个回路）汇总到海上升压站。每8～9台风力机组成1个联合单元，由35 千伏集电线路海缆以链形（局部为星形）连接起来汇集电能。8根联合单元的电能在升压站汇集、升压至220千伏，再通过220千伏输电线路海缆传输至陆上集控中心，进而输送至电网。
 
如何敷设海缆?
 
 
▲三芯海缆的横截面，包含3条电缆和1条信号缆。每根电缆直径50毫米，海缆外径250毫米。
 
敷设海缆时，有专用的敷缆船。这种敷缆船不会“随波逐流”，而是利用动力定位系统精确定位在海上的位置、前进和纠偏，可极大提高敷设的精度以及敷缆船在复杂海况下的施工能力。

向海底敷埋海缆作业时，将海缆放入埋设机腹部后，将埋设机吊入水中，搁置在海床面上。然后，启动其自带的高压水泵及埋深监测系统，开始敷埋作业。埋设机随船的拖动而水平移动，喷出的高压水流冲击海底淤泥，二者的联合作用形成初步的断面，同时敷设海缆，随着周围的淤泥坍塌，将海缆埋入海床中。
 
 
未来，随着近海风能资源的开发逐渐饱和以及风电上网电价下降成必然趋势海上风电势必朝着远海化、规模化发展，长距离、大规模的电能输出将对降低海缆上的电能损耗提出新的需求。可以预见，在未来的海上风电项目中，采用柔性、直流的电缆送出方式将是一个趋势。
 
原标题:走进海上风电｜海上风电场的“血管”和“神经”：海缆
 

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