海上風電風機基礎選型.doc

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1、海上風電場風機基礎選型1.概述風能作為一種清潔的可再生能源，越來越受到世界各國的重視。海上有豐富的風能資源和廣闊平坦的區(qū)域，離岸10km的海上風速通常比沿岸陸上25%；海上風湍流強度小，具有穩(wěn)定的主向，機組承受的疲勞負荷較低，使得風機壽命；風切變小，因而塔架可以較低；在海上開發(fā)風能，受噪聲、景觀、鳥類、電磁波干擾等問題較少；海上風電場不涉及土地征用等問題，人口比較集中，陸地面積相對較小、瀕臨海洋家或地區(qū)，較適合發(fā)展海上風電。海上風能利用不會造成大氣污染和產(chǎn)生任何有害，可減少溫室效應氣體的排放，環(huán)保價值可觀，海上風電的這些優(yōu)點，使得近海風力發(fā)

2、電技術成為近年來研究和應用的熱點。發(fā)電成本是海上風電發(fā)展的瓶頸，影響海上風電成本的主要因素是基礎結(jié)構(gòu)成本(包括制造、安裝和維護)。目前，海上風電場的總投資中，基礎結(jié)構(gòu)占20~30%，而陸上風電場僅為5~10%。因此發(fā)展低成本的海上風電基礎結(jié)構(gòu)是降低海上風電成本的一個主要途徑。2.風機基礎結(jié)構(gòu)型式海上風電機組的基礎被認為是造成海上風電成本較高的主要因素之一。目前國外研究和應用的海上風機基礎從結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)型式上主要分為重力式基礎、樁基礎及懸浮式基礎。前兩種形式已在歐洲海上風電場建設中得到廣泛應用，懸浮式基礎為正在研制階段的深水海上風電技術。2.1.

3、重力式基礎重力固定式基礎體積較大，靠重力來固定位置，主要有鋼筋混凝土沉箱型或鋼管柱加鋼制沉箱型等等，其基礎重量和造價隨著水深的增加而成倍增加，丹麥的Vindeby、Tun?Knob、Middelgrunden和比利時的ThorntonBank海上風電場基礎采用了這種傳統(tǒng)技術。重力式基礎適合堅硬的黏土、砂土以及巖石地基，地基須有足夠的承載力支撐基礎結(jié)構(gòu)自重、上部風機荷載以及波浪和水流荷載。重力式基礎一般采用預制圓形空腔結(jié)構(gòu)（圖2-1），空腔內(nèi)填充砂、碎石或其他密度較大的回填物，使基礎有足夠自重抵抗波浪、水流荷載以及上部風機荷載對基礎產(chǎn)生的水平

4、滑動、傾覆?；A尺寸根據(jù)地基承載力以及抵抗滑動、傾覆所需要的抗力決定。圓形結(jié)構(gòu)安放前須在地基上鋪設一定厚度的拋石基床，一方面起整平作用，另一方面可以擴散結(jié)構(gòu)對地基的應力，起減小地基應力及減弱不均勻沉降作用?；A可在陸上預制場內(nèi)預制或駁船上預制，采用半潛駁運至風機位置，起重船吊裝就位。重力式基礎對地基承載力要求較高，適用于30m水深以下的海域，優(yōu)點：基礎采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，本體造價較鋼結(jié)構(gòu)低；缺點：基礎的體積較大，需在岸邊預制，運輸、就位較為不便，同時地基需一定的處理（平整基床）。重力式基礎不適合流沙形的海底情況。另外，由于重力式基礎一般重達

5、3000t左右，其海上運輸和安裝等均不方便。圖2-1重力式基礎2.1.樁基礎樁基礎利用打樁、鉆孔或噴沖的方法將鋼管安裝在海底泥面以下一定的深度，將風機塔架固定其上起支承作用。樁基礎可分為單樁基礎、多樁承臺基礎及多腳架組合基礎。2.2.1.單樁基礎（Monopile）支柱固定式基礎利用打樁、鉆孔或噴沖的方法將鋼質(zhì)支柱安裝在海底泥面以下一定的深度，將風機塔架固定其上起支承作用（圖2-2）。其插入深度由水深和海床地質(zhì)條件決定，其水深一般小于30m（平均水位）。國外現(xiàn)有的大部分海上風電場，如丹麥HornsRev和Nysted、愛爾蘭Arklowba

6、nk、英國NorthHoyle、ScrobySands和KentishFlats等大型海上風電場均采用了這種基礎。圖2-2單樁基礎單樁式基礎因其結(jié)構(gòu)簡單和安裝方便，為目前應用最普遍的形式。它由鋼制圓管構(gòu)成，圓管壁厚在30~60mm，直徑在4~6m。由于單樁打入海底較深，該基礎形式有較大的優(yōu)勢，但對于海床有巖石的情況就不合適采用此類基礎。由于單樁式基礎在更深的水況下，只能通過加長鋼制圓管的長度來適應水深，但會導致基礎鋼管的剛性及穩(wěn)性降低，所以單樁式基礎適應的最大水深約25m。2.2.1.多樁承臺基礎多樁式高樁承臺基礎，參考了國內(nèi)施工建設中已趨

7、成熟的海上獨立式墩臺基礎和跨海大橋橋墩基礎結(jié)構(gòu)形式；其結(jié)構(gòu)由基樁和承臺組成（圖2-3），其基樁可采用預制樁、灌注樁或鋼管樁。圖2-3多樁承臺基礎預制樁一般選用PHC管樁較為經(jīng)濟，但PHC管樁施打時對風浪要求較高、遇深厚砂土層時沉樁較為困難以及施工期在波浪力的作用下易造成樁身脆性破壞等問題。灌注樁只能做成直樁，抵抗大的水平推力時只能靠增加樁徑來解決，且灌注樁在海上施工時需搭設施工平臺，施工周期長，一般不采用。鋼管樁具有剛度大，重量較小，沉樁施工方便等優(yōu)點，被東海大橋風電場采用。承臺采用圓形結(jié)構(gòu)，承臺的直徑根據(jù)樁的數(shù)量的間距來確定，承臺的高度根

8、據(jù)樁進入承臺的深度及上部風筒連接件的埋置深度確定。2.2.1.多腳架組合基礎多腳架組合式基礎主要在海上石油平臺、海上燈塔建設中得到一定的運用,據(jù)了解，我國在渤海、東海水深15～8