海上升压站应用情况研究

摘 要：风力发电是目前国际社会清洁能源的主流产业，具有显著的社会和环保效益，对于推动我国可再生能源发展有着重要意义。在国家的政策支持下，近年来我国陆地风电得到一定的发展，而海洋风电的开发尚处于起步阶段。海上风电场的建设一般包括风机场、风机场间电缆回路、海上升压站、送出海缆、陆上集控中心五大版块组成；海上升压站是风电场电力集中升压、输送的中转站和关键枢纽，海上升压站云集了整个风电场的最核心电气设备，也是人工日常维护和运营升压站的核心，本文从风电行业的发展着手，介绍了海上升压站的发展、升压站布置形式、升压站基础形式及我国首个暨亚洲最大升压站的建设情况，希望对今后国内升压站的建设有所启示。

关键词：风电；海上升压站；升压站基础

1 海上风电行业发展概述

风力发电是世界发达国家最热衷的清洁能源发展方向，是全球近年来清洁能源的重要课题。在风电行业，欧洲已经成为全球最具规模化、商业化、产业化的清洁能源基地。欧洲是目前主要风电场的集结地，拥有最先进的技术和最成熟的供需市场；其早在20世纪90年代就已经开始研究并建设海上风电场，当时由于单机容量大多在1MV以下，故早期建成的风电场多为试验性质。2000年以后，风力发电机组技术在单机容量方面取得重要突破，成为推动风电行业发展的关键因素，这一技术使全球迎来了海上风电场建设潮。至2009年初，世界海上风电装机规模约达200万千瓦。

20世纪90年代，我国开始对风力发电进行实验性的探索，2000年以后国家政策方面的鼓励使陆地风电行业得到迅速发展，陆地迅速建立一批风电场项目。纵观我国版图，东部沿海地区经济发达，但建设用地趋于紧张，已不适合在陆地进行风力发电方面的建设，结合发达国家发展经验，在沿海地区发展海上风电已是大势所趋。我国的海上风电起步较晚，且国内没有任何建设经验可循。2007年中海油在渤海湾绥中36-1项目成功安装了国内第一台风力发电机组，标志着我国的海上风电开始起步，2009年上海东海大桥国内首批海上风电场的机组并网发电，宣布我国正式开始小规模建设海上风电场。我国东部沿海地区风能资源丰富，交通和电网资源优越，具备近海风电场开发条件。2015年响水项目风电场的建设，标志着我国进入海上大型风电场建设的高峰期。

2 海上升压站概述

海上风电场一般由风机场、风机场间电缆回路、海上升压站、送出海缆、陆上集控中心五大版块组成。风机又称风车，风力驱动风车转化为电能，通过风机场间电缆回路将产生的电力集中输送到海上升压站，升压站将所获电力提升电压，减少输送电损，通过送出海缆将电力输送至集控中心后，再入市政并网供电。

海上升压站的设置取决于风电场的装机容量规模，风电场距离岸基的距离远近相关；若风电场规模小，且距离陆地集控中心的距离较近，尽管在电力输送过程中存在电能损耗，而损耗的电能价值与升压站的建造和运行价值相较，性价比较低，则没有必要设置海上升压站；此种情况下，电能可以通过海上风力发电机直接经由海底电缆进入陆地变电站。现今，欧洲规模较小的海上风电场的装机容量也大多超过5万千瓦，风电场离岸距离一般在10km以上，电力输送过程中的电能损耗多，一般在这种情况下，开发方则考虑建设海上升压站来提升风电场的经济效益。

3 海上升压站的发展

最早的第一代海上升压站于2002年在丹麦Horns rev1风电项目建成，其装机容量仅有160MV，离岸距离17km，总重1100t，长宽20×28m，设置一台160MVA主变压器。该项目风电场规模较小，属于丹麦国家性质的政府示范工程，成为当时装机容量最大的风电场。

第二代海上升压站用于规模较大的海上风电场，距离陆地相对较远，结构重量在1500t左右，设置2台主变压器。最早的第二代海上升压站矗立于Inner gabbard风电场，于2012年建成，设置两台180MVA主变压器，装机容量363.6MW，离岸30km，升压站重2130t，长宽39×31m。

第三代海上升压站目前尚处于可研阶段，其发展方向是为高压直流输电技术而考虑。目前仅有德国Bard offshore1项目在尝试采用高压直流输电技术。

纵观海上升压站的发展脉络，海上升压站在从最初的小规模、小容量、单一风电场建设逐渐向大规模、大容量、同一风电场区分不同阶段共同建设，在海上以风电场群形式集中建设并网输电的方向发展。由于海上升压站需要承载更多、更大的设备、其外形和重量逐渐增大，目前普遍采用的是海上交流升压站输送电力平台，由于海上高压直流输电技术具有更好的稳定性，目前少数发达国家已经率先介入此研究领域。

4 海上升压站基础形式

海上升压站分为无人升压站，可驻人升压站及无人升压站外增加生活平台等三种常规形式。目前海上升压站以无人升压站居多，仅在平台上布置电器类设备设施，其内部房间设计非常紧凑，外形体积和重量较小。临时驻人升压站的布置类似于无人升压站，仅设计一个房间用于操作人员的临时避难及休息。长期驻人升压站则在无人升压站的基础上，在升压站的外埠整体设计一处生活平台，可供20人办公及居住。

4.1 单桩式基础

单桩式基础具有施工快捷、费用经济、施工简易、应用广泛的特点，一般应用于上部结构紧凑且较轻的升压站基础。该基础多采用一根直径在6m左右的直钢管桩，桩长可能达到50m以上，该桩可使用大型海工打桩机器将其打入海床，钢桩的顶部采用一个连接段与塔筒连接，连接段与塔筒之间采用法兰铆接，连接段与钢桩之间采用灌浆方式连接。

4.2 重力式基础

重力式基础一般应用于海床地质较好的10m以下非淤泥地质浅水区，该类基础依靠自身质量来对风浪流进行平衡，具有安装简易、费用经济的特点。该基础自重1000t左右，为混凝土结构，可承载1000t左右的升压站重量。重力式基础需要在陆地完成预制，并完成养护。使用海工驳船运输至施工水域，用大型浮吊船吊装就位，基础海上就位前需使用吹呢设备将海床处理平整，在基础底部增加重物使整体结构增加稳定性。该基础需连接钢桶作为过渡段，预制构架，升压站的结构安置在构架的角点位置。

4.3 导管架式基础

导管架基础的海床适应性较强，适用的水深跨度大，该类导管架属于整体钢制结构，具有造价高、工期长、结构稳固的特点。导管架式基础与海洋石油平台导管架具有类似结构，可以是3桩腿甚至更多，导管架基础在陆地预制完成后，需要装驳船运输到海上就位到海床上。

4.4 吸力式基础

吸力式基础上部连接一个导管架，导管架直接与上部结构连接，相对桩基式基础省掉桩基费，相对重力式基础省去了混凝土结构，所以投资较低。该类基础由于是依靠水的压力使基础稳定，基础底部的吸盘与地面接触后进行抽水和抽气作业，吸盘表面将产生一种向下的压力，该力用来平衡风浪流的横向载荷，及升压站整体的重量载荷。由于该类基础对密封技术要求极高，目前应用很少，仅Global Tech1项目有一次应用。

5 我国海上升压站建设情况

江苏响水220kV海上升压站项目是国内首个开工建设的海上升压站项目，该项目甲方为中国三峡集团旗下新能源类公司—江苏响水风电公司。该项目升压站在中国海油旗下子公司—海油工程青岛场地于2015年5月18日开工建造，9月30日建造完工，同年10月中旬完成海上安装。该项目风电场距陆地10km，场区平均水深10m，总装机容量202MW。风电场配套建设一座220kV海上升压站、86.6km的35kV场内集电线路、12.9km的220kV送出海缆和一座陆上集控中心响水项目升压站类似于国外第二代升压站，设置有临时人员避难所和两台230MVA主变压器。该站主体平面尺寸约为23m×28m，高24.8m，为一整体式钢平台，升压站共有五层，总重2050t。升压站基础设置8根单桩来支撑整个升压站的重量。

6 结论

我国的海上风电事业还处于起步阶段，截止至2015年底國内三峡新能源集团成功建设国内首个暨亚洲最大海上风电场落户江苏盐城海域。结合发达国家经验和我国的实际案例，目前我国的技术条件适合以第二代升压站技术为依托，其基础采用导管架式或单桩式的海上无人值守升压站，风电场装机模在200MV左右的风电场。海上风电能有效的促进地方经济、带动风电产业链的发展，具有良好的社会效益和经济效益，对于改善电网的电源结构，开发可再生能源有着积极的意义。