海上风力发电机组基础设计.docx

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海上风力发电机组基础设计

摘要

这篇文章介绍了海上风电场建设概况、海上风力发电机组的组成、海上风电机组基础的形式、海上风电机组基础的设计。

关键词电力系统；海上风电场；海上风电机组基础；设计

Abstract

Thisarticledescribes the overview of offshorewindfarmconstruction, thecomposition ofthe offshorewindturbine, offshorewindturbines basedon theform-baseddesign ofoffshorewindturbines.

KeyWordselectricpowersystem;Offshorewindfarm;Offshorewindturbine foundation; design

1前言

全世界海上风电场建设概况

截止到2021年2月7日，全世界海上风电场累计装机容量达到238,000MW，比上年增加了21％。

中国

截至2020年末，中国的风电累计装机容量达到，第一次居世界首位，亚洲的另外一个进展中大国印度也第一次跻身风电累计装机容量世界前五位。

海上风力发电机组通常分为以下三个要紧部份：

（1）塔头（风轮与机舱）

（2）塔架

（3）基础（水下结构与地基）

Ø与场址条件紧密相关的特定设计；

Ø约占整个工程本钱的20%-30%；

Ø对整机平安相当重要。

2海上风电机组基础的形式

海上风电机组基础的形式

目前常常被讨论的基础形式要紧涵盖参考海洋平台的固定式基础，和处于概念时期的漂浮式基础，具体包括：

Ø单桩基础；

Ø重力式基础；

Ø吸力式基础；

Ø多桩基础；

Ø漂浮式基础

单桩基础：

（如图1所示）

采纳直径3～5m的大直径钢管桩，在沉好桩后，桩顶固定好于渡段，将塔架安装其上。

单桩基础一样安装至海床下10-20m，深度取决于海床基类型。

此种方式受海底地质条件和水深约束较大，需要避免海流对海床的冲洗，不适合于25m以上的海域。

重力式基础：

（如图2所示）

重力式基础因混凝土沉箱基础结构体积大，靠得住重力使风机维持垂直，其结构简单，造价低且不受海床阻碍，稳固性好。

缺点是需要进行海底预备，受冲洗阻碍大，且仅适用于浅水区域。

吸力式基础：

（如图3所示）

该基础分为单柱及多柱吸力式沉箱基础等。

吸力式基础通过施工手腕将钢裙沉箱中的水抽出形成吸力。

相较前面介绍的单桩基础，该基础因利用负压方式进行，可大大节省钢材用量和海上施工时刻，具有较良好的应用前景，但目前仅丹麦有成功的安装体会，其可行性尚处于研究时期；

多桩基础：

（如图4所示）

利用小直径的基桩，打入地基土内，桩基能够打成倾斜，用以抗击波浪、水流力，中间以填塞或成型方式连接。

适用于较深的水域。

该设计尚未取得真正的商业应用，仅存在于部份实验机组。

漂浮式基础：

（如图5所示）

Ø

可安装于风资源更为丰硕的深海海域（50-200m）；

Ø设计概念更为普遍；

Ø建设及安装方式灵活；

Ø可移动，易拆除；

Ø常见的概念：

柱形浮筒、TLP和三浮筒。

对基础类型选型的阻碍

Ø水深

Ø土壤和海床条件

Ø外部载荷

Ø施工方式与条件

Ø本钱

目前世界上的近海风力发电机组大多数都采纳重力凝土和单桩钢结构基础设计方案。

3基础的设计

基础的设计——设计内容及流程

基础的设计——防侵蚀设计

Ø1）关于基础中的钢结构，大气区的防侵蚀一样采纳涂层爱惜或喷涂金属层加封锁涂层爱惜；

Ø2）浪溅区和水位变更区的平均潮位以上部位的防侵蚀一样采纳重防蚀涂层或喷涂金属层加封锁涂层爱惜，亦可采纳包覆玻璃钢、树脂砂浆和包覆合金进行爱惜；

Ø3）水位变更区平均潮位以下部位，一样采纳涂层与阴极爱惜联合防侵蚀方法；

Ø4）水下区的防侵蚀应采纳阴极爱惜与涂层联合防侵蚀方法或单独采纳阴极爱惜，当单独采纳阴极爱惜时，应考虑施工期的防侵蚀方法；

Ø5）泥下区的防侵蚀应采纳阴极爱惜。

Ø6）关于混凝土墩体结构，能够采纳高性能混凝土加采纳表面涂层或硅烷浸渍的方式；能够采纳高性能混凝土加结构钢筋采纳涂层钢筋的方式；也能够采纳外加电流的方式。

关于混凝土桩，能够采纳防腐涂料或包覆玻璃钢防腐。

基础的设计——防冲洗设计

Ø1）桩基周围采纳粗颗粒料的冲洗防护方式：

采纳大块石头等粗颗粒作冲洗防护

Ø2）桩基周围采纳护圈或沉箱的冲洗防护方式：

在桩基周围设置护圈（薄板）或沉箱能够减小冲洗深度。

Ø3）桩基周围采纳护坦减冲防护：

采纳适当的埋置深度、宽度的护坦以达到既平安又经济的目的。

Ø4）桩基周围采纳裙板的防冲洗方式：

桩基周围采纳裙板起到扩大沉垫底部面积作用，将冲洗坑向外推延。

结论

风机基础的选择要紧取决于水深和海底地质条件两项因素，也和风机安装方式有必然的关系。

除基础与风机一体安装法之外，基础的安装是风机安装进程中单独的一个环节，而且对风机塔架的安装起着阻碍。

各国对风电场基础的分类不尽相同。

目前讨论较普遍的有5大类，别离是重力基础、单基桩基础、导管架基础、吸人沉箱基础和浮式基础，其中前两种在实际中有普遍的应用。