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HBM 應(yīng)變片用于測(cè)量離岸風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)負(fù)載

HBM應(yīng)變片和數(shù)據(jù)采集設(shè)備用于荷蘭 Westermeerwind 風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)的特殊實(shí)驗(yàn)，以研究海床對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的阻尼作用。為風(fēng)力發(fā)電機(jī)基礎(chǔ)的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)獲得可靠的設(shè)計(jì)參數(shù)。

為了使風(fēng)能比石油更具吸引力，離岸風(fēng)電場(chǎng)需要以更經(jīng)濟(jì)的方式運(yùn)行。西門子風(fēng)電已經(jīng)啟動(dòng)了一個(gè)項(xiàng)目，以更多地了解海床和風(fēng)力發(fā)電機(jī)基礎(chǔ)之間的相互作用。

與 TU Delft 合作，荷蘭的西門子風(fēng)電負(fù)責(zé)建設(shè)新型風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)的工程和項(xiàng)目管理。重點(diǎn)在于塔架和地基的計(jì)算和測(cè)量。渦輪機(jī)的開發(fā)和研究主要由丹麥分公司進(jìn)行。

競(jìng)爭(zhēng)，創(chuàng)新和價(jià)格壓力

近幾十年來，風(fēng)電在全球范圍內(nèi)快速發(fā)展，過去25年來，荷蘭超過5％的電力是由風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)生的。預(yù)計(jì)未來幾年內(nèi)在荷蘭的安裝總量約4500兆瓦。

快速增長(zhǎng)的一個(gè)缺點(diǎn)是競(jìng)爭(zhēng)日益激烈。

越來越多的招標(biāo)正在進(jìn)行，這意味著價(jià)格正在受到壓力。幾年前，在2020年的每兆瓦平均成本價(jià)格為100歐元，現(xiàn)在已經(jīng)下降到73歐元，Vattenfall在丹麥開發(fā)了一個(gè)新的風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)，成本價(jià)格低于每兆瓦50歐元，Kennis en Innovatie Wind op Zee（TKI-WZ）計(jì)算，到2020年，價(jià)格將比 2010年 下降 46％。這將使風(fēng)能成為一種競(jìng)爭(zhēng)性的能源，不再需要補(bǔ)貼。競(jìng)爭(zhēng)和價(jià)格壓力導(dǎo)致企業(yè)需要制造能產(chǎn)生更高功率風(fēng)力發(fā)電機(jī)。

發(fā)電量為100兆瓦的風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)，由13臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組成，每臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組為8兆瓦，自然比擁有25臺(tái)風(fēng)機(jī)每臺(tái)4兆瓦更有吸引力。

Disstinct 項(xiàng)目

西門子風(fēng)電因此對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)新技術(shù)和施工方法進(jìn)行了仔細(xì)研究。探索海床與風(fēng)力發(fā)電機(jī)基礎(chǔ)相互作用的“破壞性”項(xiàng)目始于2014年。除了西門子和 TU Delft，F(xiàn)ugro，Van Oord和DNV-GL等公司也參與了該項(xiàng)目。

風(fēng)力發(fā)電機(jī)的基礎(chǔ)是非常重要的。轉(zhuǎn)子在塔架上施加巨大的力量。對(duì)于離岸風(fēng)力發(fā)電機(jī)來說，除了風(fēng)力之外，波浪負(fù)荷也非常關(guān)鍵。風(fēng)機(jī)的固有振動(dòng)頻率對(duì)于確定支撐結(jié)構(gòu)可以承受的負(fù)載是非常重要的。

這個(gè)頻率的正確預(yù)測(cè)是非常重要的，但主要不確定因素是結(jié)構(gòu)與海床之間的相互作用。

現(xiàn)有情況是土體的剛度通常被低估，結(jié)果是設(shè)計(jì)更堅(jiān)固的基礎(chǔ)，使用更多的材料。結(jié)果是，風(fēng)力渦輪機(jī)的價(jià)格上漲，在競(jìng)爭(zhēng)激烈的市場(chǎng)中處于劣勢(shì)。

在 IJsselmeer 實(shí)驗(yàn)

項(xiàng)目實(shí)施

根據(jù)材料，應(yīng)用，溫度范圍和環(huán)境條件，在海水中需要采用特定類型的膠水和膠粘技術(shù)粘合，并需要使用特殊類型的覆蓋層進(jìn)行防水。

斯堪的納維亞半島的 HBM 工程師經(jīng)常使用這種技術(shù)，因此整個(gè)項(xiàng)目是由挪威的專家團(tuán)隊(duì)安裝完成的。

整個(gè)過程需要對(duì)結(jié)構(gòu)體進(jìn)行預(yù)熱，使用膠水和覆蓋層進(jìn)行固化。連接電纜也是特殊的防水型。結(jié)構(gòu)體被安裝在海床上后，經(jīng)過測(cè)試，百分之八十的應(yīng)變片完好無損，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出預(yù)期。在挪威，我們也進(jìn)行過類似的測(cè)量項(xiàng)目，自2003年以來一直運(yùn)行至今。

振動(dòng)篩

在結(jié)構(gòu)體進(jìn)入海床后，振動(dòng)篩被附著在該結(jié)構(gòu)體上。這是一種液壓驅(qū)動(dòng)的振動(dòng)錘，以引起質(zhì)量不平衡，來模擬來自塔架和轉(zhuǎn)子的力。 結(jié)構(gòu)體重的應(yīng)變片以及測(cè)斜儀和加速度計(jì)通過特殊防水電纜連接到 HBM MGC Plus 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。系統(tǒng)安裝在錨固在結(jié)構(gòu)體旁邊的工作船上。持續(xù)進(jìn)行三天。

振動(dòng)篩測(cè)試后，含 HBM 系統(tǒng)和 catman®軟件的測(cè)量柜被永久放置，以便在未來幾年內(nèi)持續(xù)監(jiān)測(cè)。機(jī)柜配有工業(yè)級(jí)PC和應(yīng)急電源，使數(shù)據(jù)在斷電情況下不會(huì)丟失數(shù)據(jù)。西門子并將 PC 連接到其內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，以便遠(yuǎn)程收集數(shù)據(jù)。

結(jié)果

結(jié)論非常符合預(yù)期，海床比預(yù)期的更僵硬，接近以前設(shè)想的4或5倍。這意味著在某些情況下，相當(dāng)輕的基礎(chǔ)就足夠了，成本也會(huì)相應(yīng)降低。科學(xué)家今年將調(diào)查結(jié)果撰寫成論文，并提供計(jì)算數(shù)據(jù)。所有這些數(shù)據(jù)將用于開發(fā)新的設(shè)計(jì)模型，以通過DNV-GL認(rèn)證，從而成為成為海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)或參考。