HBM應變片和數(shù)據(jù)采集設備用于荷蘭 Westermeerwind 風力發(fā)電場的特殊實驗，以研究海床對風力發(fā)電機的阻尼作用。為風力發(fā)電機基礎的標準化設計獲得可靠的設計參數(shù)。
為了使風能比石油更具吸引力，離岸風電場需要以更經(jīng)濟的方式運行。西門子風電已經(jīng)啟動了一個項目，以更多地了解海床和風力發(fā)電機基礎之間的相互作用。
與 TU Delft 合作，荷蘭的西門子風電負責建設新型風力發(fā)電場的工程和項目管理。重點在于塔架和地基的計算和測量。渦輪機的開發(fā)和研究主要由丹麥分公司進行。
近幾十年來，風電在全球范圍內(nèi)快速發(fā)展，過去25年來，荷蘭超過5％的電力是由風力發(fā)電產(chǎn)生的。預計未來幾年內(nèi)在荷蘭的安裝總量約4500兆瓦。
快速增長的一個缺點是競爭日益激烈。
越來越多的招標正在進行，這意味著價格正在受到壓力。幾年前，在2020年的每兆瓦平均成本價格為100歐元，現(xiàn)在已經(jīng)下降到73歐元，Vattenfall在丹麥開發(fā)了一個新的風力發(fā)電場，成本價格低于每兆瓦50歐元，Kennis en Innovatie Wind op Zee（TKI-WZ）計算，到2020年，價格將比 2010年 下降 46％。這將使風能成為一種競爭性的能源，不再需要補貼。競爭和價格壓力導致企業(yè)需要制造能產(chǎn)生更高功率風力發(fā)電機。
發(fā)電量為100兆瓦的風力發(fā)電場，由13臺風力發(fā)電機組成，每臺風力發(fā)電機組為8兆瓦，自然比擁有25臺風機每臺4兆瓦更有吸引力。
西門子風電因此對風力發(fā)電機新技術和施工方法進行了仔細研究。探索海床與風力發(fā)電機基礎相互作用的“破壞性”項目始于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目。
風力發(fā)電機的基礎是非常重要的。轉(zhuǎn)子在塔架上施加巨大的力量。對于離岸風力發(fā)電機來說，除了風力之外，波浪負荷也非常關鍵。風機的固有振動頻率對于確定支撐結構可以承受的負載是非常重要的。
這個頻率的正確預測是非常重要的，但主要不確定因素是結構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，結果是設計更堅固的基礎，使用更多的材料。結果是，風力渦輪機的價格上漲，在競爭激烈的市場中處于劣勢。
項目經(jīng)理 Bongers 解釋說，我們對于風力發(fā)電機的靜態(tài)和動態(tài)力量非常了解，但關于海床的阻尼效應我們知之甚少。 “因此，我們的研究主要是海床的作用。從廣義上來說，更硬的地板比松散的地板更容易吸收載荷。
海底土壤條件是設計風力發(fā)電機時的重要起點，我們希望在Disstinct項目中繪制和驗證這種關系，而不僅僅是使用電腦模型，因此我們需要在 Westermeerwind 風電場進行測試和驗證。
這個風力發(fā)電場能產(chǎn)生144兆瓦電力，足以滿足16萬戶家庭的需求。 48臺西門子風力發(fā)電機排列成兩排，間隔約400至500米。它們高95米，轉(zhuǎn)子直徑為108米。水下深度是4到7米。
整個測試檢查包括地震試驗等。測試用單體直徑為五米，重二百多噸，深入海床約25米。其中一個基礎樁配備了測量設備。并在其內(nèi)側安裝了應變片，以測量鋼結構體的拉伸量。
為了準確獲取測量量，在結構體上7個不同高度安裝了應變片，每層 4 個應變片，以防止某層應變片無法使用。
安裝傳感器是一項復雜的工作，基礎樁直徑約五米，需要在一個小型高空作業(yè)平臺進行安裝。并且鋼樁由于是導電結構因此必須接地。
根據(jù)材料，應用，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粘合，并需要使用特殊類型的覆蓋層進行防水。
斯堪的納維亞半島的 HBM 工程師經(jīng)常使用這種技術，因此整個項目是由挪威的專家團隊安裝完成的。
整個過程需要對結構體進行預熱，使用膠水和覆蓋層進行固化。連接電纜也是特殊的防水型。結構體被安裝在海床上后，經(jīng)過測試，百分之八十的應變片完好無損，遠遠超出預期。在挪威，我們也進行過類似的測量項目，自2003年以來一直運行至今。
在結構體進入海床后，振動篩被附著在該結構體上。這是一種液壓驅(qū)動的振動錘，以引起質(zhì)量不平衡，來模擬來自塔架和轉(zhuǎn)子的力。 結構體重的應變片以及測斜儀和加速度計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)安裝在錨固在結構體旁邊的工作船上。持續(xù)進行三天。
振動篩測試后，含 HBM 系統(tǒng)和 catman?軟件的測量柜被永久放置，以便在未來幾年內(nèi)持續(xù)監(jiān)測。機柜配有工業(yè)級PC和應急電源，使數(shù)據(jù)在斷電情況下不會丟失數(shù)據(jù)。西門子并將 PC 連接到其內(nèi)部網(wǎng)絡，以便遠程收集數(shù)據(jù)。
結論非常符合預期，海床比預期的更僵硬，接近以前設想的4或5倍。這意味著在某些情況下，相當輕的基礎就足夠了，成本也會相應降低?？茖W家今年將調(diào)查結果撰寫成論文，并提供計算數(shù)據(jù)。所有這些數(shù)據(jù)將用于開發(fā)新的設計模型，以通過DNV-GL認證，從而成為成為海上風力發(fā)電機的設計標準或參考。
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