打卡全球著名海上风电场系列（4）——英国Sofia

导读

英国Sofia海上风电场（Sofia Offshore Wind Farm, Dogger Bank）于2021年开工，该项目总装机容量1.4GW，位于北海多格海岸附近。与以往海上风电场相比，具有离岸更远、风机更大的特点，在关键技术和工程实施上更具挑战性。建成后，Sofia将成为世界上最大的海上风电场之一，也是离海岸最远的风电场之一。

图1 Sofia海上风电场标志

访问网址 https://sofiawindfarm.com/

风电场概况

Sofia海上风电场目前100%归德国莱茵集团所有。根据该公司的海上风电战略，当项目足够成熟时，很可能会寻求投资伙伴。

装机容量              面积            风机数量

风机高度            最深水深            最浅水深

https://sofiawindfarm.com/media/nxxepise/sofia-facts-and-figures-postcard-final-august-2021.pdf

关键组件与工作流程

Sofia海上风电场是拥有先进技术的创新工程，由许多关键组件组成，各个组件有效协同工作，产生、传输和转换清洁能源，送入国家电网。

1风力发电机

Sofia海上风电场将使用西门子Gamesa公司的全新机型——SG 14-222 DD型风力发电机。功率为14兆瓦，叶片主要采用碳-玻璃纤维复合材料，长108米。转子直径222米，扫风面积约39000平方米。每台风机的高度为252米。机舱重量约500吨。风机计划在2021年生产样机，2024年实现全面商业化。

图2 西门子Gamesa公司的SG 14-222 DD型风机

SGSG 14-222 DD海上风电机组基本信息

• SG 14-222 DD海上风电机组发布，铭牌容量为14 MW；可以通过Power Boost扩展到15 MW；

• 222米的风轮直径，使用108米长的B108大叶片；

• 与燃煤发电比较，一台风机全生命周期大约可减排140万吨二氧化碳；

• 与歌美飒上一代风机相比，年发电量可增加25%；

• 发电机舱重500吨，更轻便，可降低下部承载基础的材料和运输成本；

• 样机有望在2021年准备就绪，2024年正式商用。

风轮直径222米，扫风面积39000平方米，相当于5.5个足球场

风机安装

2021年7月，官方宣布Cadeler 全新 X-class 安装船将负责 Sofia风电场100台风机的安装 

6月30日，Cadeler宣布与中远海运重工签订制造2艘X系列海上风电安装船，新船将在启东中远海运海工建造，预计耗时三年。首制船将于2024年第三季度交付，第二艘在2025年第一季度交付。单船价格为3.255亿美元，总合同价值达到6.51亿美元（约合42亿元人民币），且首制船已经获得北海1.4GW“索非亚”海上风电场的安装合同，该船交付后将协助西门子歌美飒运输并安装100台14MW风电机组。

2高压直流输电系统

Sofia海上风电场采用高压直流输电系统，由通用电气可再生能源公司（GE Renewable Energy ）和胜科海事公司（Sembcorp Marine）联合提供电网解决方案。该系统由2个高压直流换流站（HVDC）与控制系统组成。高压直流换流站采用创新的换流站模块，将使用通用电气电网公司的第二代电压源换流阀，包括海上、陆上共两个。其中海上换流站将成为全球功能最强大的、离海岸最远的换流站。

同时，控制系统首次应用其最先进的eLumina™ HVDC 控制系统，是业界首个使用完全基于国际电工委员会(IEC) 61850标准的数字测量系统的高压直流输电解决方案，可确保控制作业精准高效。国际电工委员会(IEC) 61850标准是定义变电站智能电子设备通信协议的重要国际标准。

海上换流站将成为Sofia海上风电场的“心脏”，包括上层建筑和基础两部分。上层建筑约17000吨，基础采用一个重达 7,000 吨的导管架基础，嵌入海底。陆上换流站将风电场产生的电力转换为400 kV，然后进入国家电网。 

图3 Sofia风电场高压直流输电系统

3海底和陆上电缆

普里斯曼集团（Prysmian Group ）将承担海底和陆地高压电缆的施工任务，负责对320千伏高压直流电缆系统进行设计、供应、海上线路准备、安装、调试和保护。该公司将采用新型电缆安装船达芬奇号进行海底高压电缆敷设作业，确保将电能从Sofia海上换流站输送到该项目位于蒂塞德的陆上换流站，陆上换流站再将电能转换为400千伏后接入国家电网。

https://www.prysmiangroup.com/en

图4 达芬奇号电缆安装船 Leonardo da Vinci 

图5 Sofia风电场陆上电缆规划图

4基础

Sofia海上风电场风机将使用无过渡段的钢质单桩基础。长度为80~90米，重量1200~1400吨。泥线处直径约为7.5至8.4m。将由Van Oord 的Aeolus号风电安装船进行基础施工。Aeolus号风电安装船为自升式平台，具有四个长约85米的桩腿，可在45米水深的海域进行基础及叶片安装等作业。

Van Oord 的Aeolus号风电安装船进行基础施工

5阵列电缆

风机阵列间电缆将风机发出的电供入海上换流站。阵列电缆安装在18根电缆串中，共约109根，总长约360公里。电缆串成对配置，形成9个回路，每个回路连接10~12个风机。每个回路将采用互连电缆，以确保风电场电网的灵活性。风机产生的电能将在环路的任何方向传输到换流站。Sofia海上风电场的阵列电缆将由Van Oord的Nexus号电缆安装船进行安装。

Van Oord的Nexus号电缆安装船

图6 Sofia海上风电场海底侧扫图

Sofia风电场位置和阵列安排

6关键组件间的配合工作流程

• Sofia海上风电场的每一台风机顶部安装有传感器，时刻监测风向变化以及风机运转状态，向风机发送信号，通过偏航控制确保叶轮迎风，以及叶片倾角控制确保产生最大升力。
  
• 叶片通过轮毂与机舱内的风力发电机相连。
• 风力在叶片上产生的升力带动叶轮、轮毂和发电机转动。
• 发电机通过磁铁将动能转换成电能。
• 风机产生的电能通过阵列电缆传输至海上换流站。
• 海上换流站将66千伏交流电转换为320千伏直流电。
• 为减少电力传输损耗，采用两根高压直流电缆，跨越近220公里的距离，将电能从海上换流站传输到陆上。
• 电力从岸边通过埋地电缆传输7公里，到达陆上换流站。
• 陆上换流站将电能转换成400千伏，接入国家电网，分配到家庭、工厂和企业使用。

图7 Sofia海上风电场陆上换流站

Sofia海上风电场的优势

1、Sofia海上风电场投资达30亿欧元，其建设是拉动英国经济的重要机遇，对上下游产业和供应链产生十分重要的意义，潜在利益巨大，创造了数目众多的直接、间接的工作岗位。通过与国内技术实力雄厚的供应商进行合作，应用先进技术理念并大胆创新，预计Sofia海上风电场的寿命期将提升50%以上。

2、Sofia海上风电场的发电总量可满足英国近120万户家庭的年用电需求。每年约6太瓦时的发电量相当于英国东北地区每年用电量的50%。

3、2019年英国差价拍卖中，Sofia海上风电场实现了有史以来最低的海上风电执行价——约39.65欧元每兆瓦时，同时也是英国目前最便宜的新能源。Sofia海上风电场将成为英国清洁现代能源系统的支柱，也是实现英国净零排放目标的重要贡献者。

4、与化石燃料相比，Sofia海上风电场每年将节省250多万吨碳排放。

结语

Sofia海上风电场于2021年初开始建设，首先启动陆上换流站工程。从技术上讲，Sofia海上风电场充分了吸收海上风电行业发展的成熟经验，借鉴了海上风电开发商和供应商长期积累的技术专长，同时将做出许多重要创新和进步。未来，Sofia海上风电场将是全球海上风电领域的一个重大工程壮举，让我们拭目以待。

授权转载自千尧科技公众号 

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