海洋科普 | 海上风电是怎样输送到陆地的 - 海洋电力输电线路

原来可以笑 · 发表于海洋技术发展 2024-5-19 04:30:28

近年来，绿色能源产业蓬勃发展，风力发电发展迅速，东部沿海地区得益于丰富的风力资源，越来越多的风电场选址这里。在离海岸数十公里的海上，一座座风机整齐排列，为沿海经济发展提供源源不断的动力。

那么，海上风力发电只要风机不停的转动就可以了吗？并不是。风机的转动只能产生电，如果没有渠道把发出来的电顺利送出去，那么风机就只能停机断发。有风却不能用的痛苦，大概只有风电人才懂吧。

海上风电是怎样送出去的呢？

其实，海上发电和陆地发电输送方式基本一致。

举个例子：中国绿发的江苏东台海上风电场，风机转动产生690V的电，经箱式变压器将电压升压到35KV，通过8条集电线路到达海上升压站，升压站再次将电压升压到220KV，通过海底电缆送到陆上集控中心，最终通过电网调配就成了我们日常生产生活用的电了。

刚刚说到海上风电场通常距离陆地有数十公里，与陆地上动辄数百上千公里的输电线路相比看似轻而易举，但是在海面上又不能立杆架塔，电力输送就只有一个方法：铺设海底电缆，通过一条看不见的“大动脉”把海上的风电输送到陆地上

海缆输电有那么困难吗？

答案是很困难，江苏东台风电场位于江苏省东台市，东沙和北条子泥之间的江家坞水域距离海岸有36公里。从海上升压站到陆上集控中心，单根海缆长度达到34千米，总共需要铺设3根海缆，连起来可以环绕北京五环一圈。

海缆里面集成了传输导体、光纤和钢铠保护层，还需要包覆防腐绝缘材料，单根海缆外圈直径达到141.7mm，与一支圆珠笔的长度相当，1千米海缆重量就超过40吨。

由于海缆对生产工艺要求十分高，加上受风电场所处海域水深限制、运输船载重受限，东台海上风电场的每根海缆都是分成17千米的两段，运输到海上之后连接在一起。

在海上潮间带区域，海水水深随着潮涨潮落波动起伏，施工船舶只能借着涨潮期间水位达到一定深度才能开工，每天的作业时间非常有限。

海缆铺设的过程就如同播种小麦一样，施工船舶通过海缆埋设犁在海床划出2-3米深的缆沟，将海缆放进缆沟，然后再将海缆埋好，如此一来，海缆铺设就完成了。

但是，这并不意味着海缆埋好就不用管了。一方面，东台海上风电场的海缆铺设在海床复杂多变的潮间带，潮沟与沙脊交错，分布着许多可移动型沙坡，在海水的流动冲刷作用下容易造成海缆外露和悬跨，存在海缆破损的可能，影响海缆输电安全。

另外，这里渔业生产以及施工活动密集，船舶过往频繁，船舶抛锚、渔业活动也很容易破坏海缆，一旦海缆被拖拽、挂断，会严重威胁海上风电的安全稳定运行。

要知道，风电场有50台4兆瓦风机，总装机容量20万千瓦，每天可发电量约150万千瓦时，一旦海缆发生故障，抢修大约需要15天时间，将造成2250万千瓦时的电力损失，这些电可供近8000户家庭使用一年。

怎样保证海缆的安全？

为了解决海缆的安全问题，研发出一套海底光电复合缆悬跨及入侵事件自动识别系统，很高大上是不是，那具体是怎样回事呢？

东台海上风电场利用BOTDA光纤监测技术，实时监测海缆状态。BOTDA指的是布里渊光时域分析技术，原理就是光纤的布里渊频移和光纤应变或温度的变化量成正比，通过光信号的传播与接收，就能知道哪个位置的海缆出了问题。

没看懂是不是？下面继续看：

这个系统可以形象的理解为：海缆里有一条光纤跑道，光信号在陆上集控中心起跑，如果海缆遇到外力或悬跨产生应变，或者温度发生了变化，光信号就跟着飘了，不知不觉中多跑了一段路。

根据光信号出发和到达的时间差，就能够计算出光信号是在哪里“出事儿”了，再结合海缆和海图的经纬度信息，工作人员就能定位海缆发生故障的位置，精准度可以达到1米以内。

那么，海缆要是出问题了怎么办？抢修人员就要立即前往故障区域进行排查，如果是悬跨问题，就要及时人工冲埋，把露出来的海缆重新埋好，不然海缆的使用寿命会大打折扣。如果发生更严重的破损，整个风电场就只能停机断发，争取在最短的时间内把海缆修复好。

文章来源：原刊于“中国绿发”，转载请注明原出处及由中国海洋发展研究中心编排。