設計、興建及落成啓用
充足和穩定的電力供應,是帶動香港經濟持續發展的重要一環。香港電燈有限公司(港燈)竭誠為客戶提供穩定可靠的電力服務,並對保護環境不遺餘力。
可行性研究及風力測試計劃
港燈深明可持續發展的重要性及改善本港空氣質素的迫切需要,因此於二零零零年便開始著手研究風力發電的可行性,為本港引入可以輔助化石燃料發電的可再生能源。
近數十年,風力發電在全球的發展一日千里。風力發電提供潔淨的能源,不會排放二氧化碳和其他氣體污染物。過去的氣象數據顯示,本港部份地區具有頗佳的風力發電潛能。然而,在本港風能分佈資料和具商業規模的風能應用方面,本港蒐集的資料匱乏。因此,港燈詳細研究風力發電的可行性,並進行風力測試,在南丫島物色合適的地點,建造全港首台風力發電機組。
在二零零一年四月,港燈著手於蒲台及南丫島進行風力測試計劃,並於二零零四年三月向環境保護署提交工程項目簡介,建議於南丫島興建本港首台具商業規模,並接駁至港燈電網的風力發電機組,作為試點項目。有關的環境影響評估報告書於二零零四年十月獲得環境保護署通過,並於同年十一月批出環境許可證予港燈。
目的
這個項目的目的目標主要是讓我們更深入了解風力發電機組的設計、建造和運作情況,並讓公眾認識在本港獨特的地理環境下,使用風力發電這項可再生能源的優點和限制。
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南丫風力發電機組的設計採用典型的機組構造,即由三塊葉片、引擎艙和圓柱塔桿所組成。引擎艙裝有車葉轉軸、變速機、發電機、電力裝置和控制組件。風力發電機組利用車葉設計把風的升力轉化為轉動力,車葉轉軸經過變速機推動發電機,而產生的電力將透過電纜輸送到附近的電網。
港燈在制定招標規格的所有技術要求和限制後,於二零零四年七月就南丫島風力發電機組的設計和供應進行招標,邀請各大風力發電機組公司競投。在收集各方的建議書後,港燈根據國際指引和內部規格進行嚴格評審,最終於二零零四年十二月把合約批予德國恩德能源有限公司。
設計特色
南丫風力發電機組屬Nordex標準型號N50/800kW,葉片的直徑達五十米,額定容量為八百千瓦,是固定葉片的水平軸式迎風設計。
N50型號是小巧的高產量機組,預計可使用達二十年。葉片由優質玻璃纖維強化塑膠製成,長二十三點三米。末端的葉尖擾流器長三點七米,可旋轉至和主車葉成八十五度角,作為制動器,將風車慢慢停下。此外,葉尖裝有雷電接收器,把雷擊的能量導引至葉輪。車葉轉動時驅動與變速機連接的主鋼接軸。透過變速機可令主鋼接軸的轉速加快,並驅動發電機,從而產生電力。除車葉外,所有組件均裝置於以玻璃纖維強化塑膠製造的引擎艙內,以鋼架作為支撐。
N50機組的設計讓風力發電機因應風勢作出調節。引擎艙上方裝有兩組獨立運作的風勢感應系統,持續監察風向和風速。當風向與車葉指向的角度出現偏差,引擎艙將以每秒調較約0.6度的速度自動轉向,藉以把風力發電機組收集的能量提升至最高水平。
引擎艙設於總高度達四十六米的圓柱形鋼塔頂端。塔桿內部已預先裝嵌爬梯和工作台,方便工作人員上落和維修。塔桿在丹麥製造時採用嚴格的品質監控,以確保塔桿在運作期間能承受烈風吹襲。塔桿是根據國際電工委員會IEC 1 的標準設計,能夠承受歷時三秒鐘、最高達每秒七十米的風速。此外,塔桿表層髹上丙烯酸聚氨酯塗料,免受風雨侵蝕。
風力發電機組塔桿的標準設計分為上下兩部份,高度分別為二十六點三米和十七點六米。然而,由於運送的山路彎曲狹窄,如不砍伐沿途的樹木和植林,塔桿上半部份難以通過急彎位置,運抵工地。基於砍伐樹木對陸上生態的影響,塔桿上半部份最終一分為二(上段和中段分別為十一點七米和十四點六米),方便陸路運輸。
風力發電機組總重量超過八十公噸。鑑於考慮到機組運作期間的風荷載和動態荷載,工程人員必須建造穩固的地基,以支撐整座風力發電機組。因此,工程人員在機組工地平台下,挖建十五米直徑、四米深的圓柱形鋼筋混凝土地基,並在混凝土地基內精確裝上合共一百二十個特製M36錨栓(每個長度超過四米),以固定塔桿下半部份的凸緣底板。
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陸上運輸
在二零零五年八月中,風力發電機組的各個組件運抵南丫發電廠,距離大嶺的風站工地只有數千米。然而,要把設備運送到大嶺,需動用載重八十公噸的拖車,在迂迴狹窄、為275千伏電纜而建的山路前行。各項設備沉重而龐大,其中最重的設備達二十九公噸,而最長的則接近二十米,在運送過程中帶來重重困難。
在正式運送前,工程人員進行了拖車的最高載重測試,以確保實際運送設備的可行性。測試結果顯示需改善路面,以減低拖車後滑的機會。此外,工程人員進行結構運算,確保沉重的設備負荷不會影響鋪設於地下的二百七十五千伏電纜線。
設備裝置
風力發電機組的裝置工程於二零零五年九月初展開。鑑於工地的空間有限,工程人員在設備運送的物流編排方面必須計劃周詳,確保運抵設備的次序配合每日的裝置計劃。此外,工程動用兩部液壓式起重機(各負重二百公噸和四十五公噸),負責搬運設備和進行裝置工作。
在裝置塔桿前,工程人員進行了多項準備工作,包括裝設補償板,以確保支撐塔桿底部的地基平台的定水平;並在將塔桿底部固定於地基上之前,預先將控制室妥善裝置於機組塔桿內。
此外,工程人員利用經緯儀測量水平及直角,以確保塔桿底部垂直,避免風力發電機組傾斜,影響日後運作的安全性。然後,工程人員裝置塔桿的中間和頂端部份,由於製造過程中,製造商已對塔桿進行嚴格的品質監控,排除了塔桿在接駁時出現誤差的可能性,因此工程人員無須再在現場進一步核實接駁位。工程人員使用特製轉矩扳手,按特定的轉矩水平扭緊螺栓,把所有塔桿部份進行凸緣接駁。
鑑於高度達四十六米的塔桿將承受巨大的風力,工程人員必須於同日完成引擎艙的裝置,以提供足夠的靜止重量,抗衡風力的影響,避免塔桿過度擺動。及至翌日,工程人員成功將引擎艙裝置於塔頂。由於引擎艙頂端的航空警告燈號尚無電力供應,工程人員在過渡期間已裝上臨時警告燈號,警示任何接近塔桿的低飛物體。
此外,由於工地的空間有限,平放直徑達五十米的車葉進行現場裝配,成為工程人員另一項重大的挑戰。裝配車葉時中一塊葉片需跨越工地邊界及懸於斜坡外,由負重四十五公噸的起重機懸吊定位。
由於工程人員需待天氣良好,方可把車葉吊上引擎艙,因此車葉裝配妥當後曾放置在地面兩天。工程人員必須靜候良機,因為恐怕當車葉懸於半空後,可能受風力影響撞向塔桿,撞毁風力發電機組的設備。
最後,工程人員進行電力裝置的工作,包括引擎艙和塔底之間電纜的安裝和接駁和終端裝置、安裝以太網絡數據傳送交換器、啟動航空警告燈號、裝設風力發電機組內的電腦系統及另一套遙控電腦系統,以及接通高壓配電箱。在二零零五年九月,整個風力發電機組準備就緒,開始進入測試和準備啟用階段。