當前位置：首頁 > 行業(yè)應(yīng)用 > HBM 應(yīng)變片用于測量離岸風機基礎(chǔ)負載
HBM應(yīng)變片和數(shù)據(jù)采集設(shè)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(chǔ)的標準化設(shè)計獲得可靠的設(shè)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(chǔ)之間的相互作用。
與 TU Delft 合作，荷蘭的西門子風電負責建設(shè)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(yù)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(shù)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(chǔ)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(chǔ)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(guān)鍵。風機的固有振動頻率對于確定支撐結(jié)構(gòu)可以承受的負載是非常重要的。
這個頻率的正確預(yù)測是非常重要的，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)計更堅固的基礎(chǔ)，使用更多的材料。結(jié)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(guān)于海床的阻尼效應(yīng)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(shè)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(guān)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(chǔ)樁配備了測量設(shè)備。并在其內(nèi)側(cè)安裝了應(yīng)變片，以測量鋼結(jié)構(gòu)體的拉伸量。
為了準確獲取測量量，在結(jié)構(gòu)體上7個不同高度安裝了應(yīng)變片，每層 4 個應(yīng)變片，以防止某層應(yīng)變片無法使用。
安裝傳感器是一項復(fù)雜的工作，基礎(chǔ)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(jié)構(gòu)因此必須接地。
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)，因此整個項目是由挪威的專家團隊安裝完成的。
整個過程需要對結(jié)構(gòu)體進行預(yù)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(jié)構(gòu)體被安裝在海床上后，經(jīng)過測試，百分之八十的應(yīng)變片完好無損，遠遠超出預(yù)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(jié)構(gòu)體進入海床后，振動篩被附著在該結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)體重的應(yīng)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(jié)構(gòu)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(yīng)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(luò)，以便遠程收集數(shù)據(jù)。
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，相當輕的基礎(chǔ)就足夠了，成本也會相應(yīng)降低?？茖W家今年將調(diào)查結(jié)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(shè)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(shè)計標準或參考。
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