海上風力發(fā)電機組基礎的設計課件

1、海上風力發(fā)電機組基礎的設計海上風力發(fā)電機組基礎的設計一、前言全球海上風電場建設概況 截止到2019年2月7日，全球海上風電場累計裝機容量達到238,000MW，比上年增加了21。中國 截至2019年底，中國的風電累計裝機容量達到44.7GW，首次居世界首位，亞洲的另外一個發(fā)展中大國印度也首次躋身風電累計裝機容量世界前五位。一、前言全球海上風電場建設概況 截止到2019年2月一、前言 海上風力發(fā)電機組通常分為以下三個主要部分： （1）塔頭（風輪與機艙） （2）塔架 （3）基礎（水下結(jié)構(gòu)與地基）與場址條件密切相關(guān)的特定設計；約占整個工程成本的20%-30%；對整機安全至關(guān)重要。支撐結(jié)構(gòu)一、前言 海

2、上風力發(fā)電機組通常分為以下三個主要部分：支二、海上風電機組基礎的形式 目前經(jīng)常被討論的基礎形式主要涵蓋參考海洋平臺的固定式基礎，和處于概念階段的漂浮式基礎，具體包括：單樁基礎； 重力式基礎； 吸力式基礎 ；多樁基礎 ；漂浮式基礎二、海上風電機組基礎的形式 目前經(jīng)常被討論的基礎形式主二、海上風電機組基礎的形式 單樁基礎（如圖1所示） 采用直徑35m 的大直徑鋼管樁，在沉好樁后，樁頂固定好過渡段，將塔架安裝其上。單樁基礎一般安裝至海床下10-20m，深度取決于海床基類型。此種方式受海底地質(zhì)條件和水深約束較大，需要防止海流對海床的沖刷，不適合于25m 以上的海域。 圖 1 單樁基礎示意圖二、海上風電

3、機組基礎的形式 單樁基礎（如圖1所示）圖 1 二、海上風電機組基礎的形式 重力式基礎（如 圖2所示） 重力式基礎因混凝土沉箱基礎結(jié)構(gòu)體積大，可靠重力使風機保持垂直，其結(jié)構(gòu)簡單，造價低且不受海床影響，穩(wěn)定性好。缺點是需要進行海底準備，受沖刷影響大，且僅適用于淺水區(qū)域。圖 2重力式基礎示意圖二、海上風電機組基礎的形式 重力式基礎（如 圖2二、海上風電機組基礎的形式 吸力式基礎（如圖3所示） 該基礎分為單柱及多柱吸力式沉箱基礎等。吸力式基礎通過施工手段將鋼裙沉箱中的水抽出形成吸力。相比前面介紹的單樁基礎，該基礎因利用負壓方法進行，可大大節(jié)省鋼材用量和海上施工時間，具有較良好的應用前景，但目前僅丹麥有

4、成功的安裝經(jīng)驗，其可行性尚處于研究階段；圖 3 吸力式基礎示意圖二、海上風電機組基礎的形式 吸力式基礎（如圖3所示）圖 3二、海上風電機組基礎的形式 多樁基礎（如圖4所示） 利用小直徑的基樁，打入地基土內(nèi)，樁基可以打成傾斜，用以抵抗波浪、水流力，中間以填塞或者成型方式連接。適用于較深的水域。該設計還沒有得到真正的商業(yè)應用，僅存在于部分試驗機組。圖 4 多樁式基礎示意圖二、海上風電機組基礎的形式 多樁基礎（如圖4所示）圖 4 二、海上風電機組基礎的形式懸浮式基礎（如圖5所示）可安裝于風資源更為豐富的深海海域（50-200m）；設計概念更為廣泛；建設及安裝方法靈活；可移動，易拆除；常見的概念：柱形

5、浮筒、TLP和三浮筒。（圖5）圖 5 漂浮式基礎示意圖（NREL）二、海上風電機組基礎的形式懸浮式基礎（如圖5所示）圖 5 二、海上風電機組基礎的形式對基礎類型選型的影響水深土壤和海床條件外部載荷施工方法與條件成本 目前世界上的近海風力發(fā)電機組大多數(shù)都采用重力凝土和單樁鋼結(jié)構(gòu)基礎設計方案。二、海上風電機組基礎的形式對基礎類型選型的影響三、基礎的設計設計內(nèi)容及流程風電場布局基礎結(jié)構(gòu)設計防沖刷設計防腐蝕設計運輸、安裝、連接及維護方案工程圖設計條件風電機組校核外部條件場址勘測風電機組施工三、基礎的設計設計內(nèi)容及流程風電場布局基礎結(jié)構(gòu)設計防沖刷三、基礎的設計設計內(nèi)容及流程場址勘測風況測量海況測量風速風

6、向氣壓波浪洋流速度、方向潮位地質(zhì)勘測海底地形（水深）地層剖面土壤條件場址條件數(shù)據(jù)庫分析極端風速風速分布湍流強度風切變波浪能量譜H、T、V概率分布風、浪方向分布極端洋流平均水位極端水位其他調(diào)研結(jié)冰地震人類活動海床運動剪切強度土壤剛度阻尼結(jié)冰程度地震強度撞擊概率同步項目內(nèi)容結(jié)果三、基礎的設計設計內(nèi)容及流程場址勘測風況測量海況測量風速三、基礎的設計設計內(nèi)容及流程場址勘測風電場特定的外部條件近海風力發(fā)電機組設計依據(jù)基礎設計風電機組設計風電機組的設計依據(jù)(如IEC61400-1)設計條件及載荷工況全系統(tǒng)載荷計算極限狀態(tài)分析結(jié)構(gòu)安全性判定結(jié)構(gòu)設計完成疲勞分析尾流影響NONO三、基礎的設計設計內(nèi)容及流程場址

7、勘測風電場特定的外部條件三、基礎的設計防腐蝕設計（一）海上風機基礎防腐蝕設計方法和要求 無論何種結(jié)構(gòu)型式，海上風機基礎的結(jié)構(gòu)材料為鋼材或鋼筋混凝土，其防腐蝕設計應根據(jù)設計水位、設計波高，可分為大氣區(qū)、浪濺區(qū)、水位變動區(qū)、水下區(qū)、泥下區(qū)，各區(qū)區(qū)別對待。具體實施方案如下：三、基礎的設計防腐蝕設計（一）海上風機基礎防腐蝕設計方法三、基礎的設計防腐蝕設計1）對于基礎中的鋼結(jié)構(gòu)，大氣區(qū)的防腐蝕一般采用涂層保護或噴涂金屬層加封閉涂層保護；2）浪濺區(qū)和水位變動區(qū)的平均潮位以上部位的防腐蝕一般采用重防蝕涂層或噴涂金屬層加封閉涂層保護，亦可采用包覆玻璃鋼、樹脂砂漿以及包覆合金進行保護；3）水位變動區(qū)平均潮位以下

8、部位，一般采用涂層與陰極保護聯(lián)合防腐蝕措施；三、基礎的設計防腐蝕設計1）對于基礎中的鋼結(jié)構(gòu)，大氣區(qū)的三、基礎的設計防腐蝕設計4）水下區(qū)的防腐蝕應采用陰極保護與涂層聯(lián)合防腐蝕措施或單獨采用陰極保護，當單獨采用陰極保護時，應考慮施工期的防腐蝕措施；5）泥下區(qū)的防腐蝕應采用陰極保護。6）對于混凝土墩體結(jié)構(gòu)，可以采用高性能混凝土加采用表面涂層或硅烷浸漬的方法；可以采用高性能混凝土加結(jié)構(gòu)鋼筋采用涂層鋼筋的方法；也可以采用外加電流的方法。對于混凝土樁，可以采用防腐涂料或包覆玻璃鋼防腐。三、基礎的設計防腐蝕設計4）水下區(qū)的防腐蝕應采用陰極保護三、基礎的設計防沖刷設計1）樁基周圍采用粗顆粒料的沖刷防護方法：采用大塊石頭等粗顆粒作沖刷防護2）樁基周圍采用護圈或沉箱的沖刷防護方法：在樁基周圍設置護圈(薄板)或沉箱可以減小沖刷深度。3）樁