海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)課件

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

2、上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組通常分為以下三個(gè)主要部分：支二、海上風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)的形式 目前經(jīng)常被討論的基礎(chǔ)形式主要涵蓋參考海洋平臺(tái)的固定式基礎(chǔ)，和處于概念階段的漂浮式基礎(chǔ)，具體包括：單樁基礎(chǔ)； 重力式基礎(chǔ)； 吸力式基礎(chǔ) ；多樁基礎(chǔ) ；漂浮式基礎(chǔ)二、海上風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)的形式 目前經(jīng)常被討論的基礎(chǔ)形式主二、海上風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)的形式 單樁基礎(chǔ)（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(chǔ)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(duì)海床的沖刷，不適合于25m 以上的海域。 圖 1 單樁基礎(chǔ)示意圖二、海上風(fēng)電

3、機(jī)組基礎(chǔ)的形式 單樁基礎(chǔ)（如圖1所示）圖 1 二、海上風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)的形式 重力式基礎(chǔ)（如 圖2所示） 重力式基礎(chǔ)因混凝土沉箱基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)體積大，可靠重力使風(fēng)機(jī)保持垂直，其結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)低且不受海床影響，穩(wěn)定性好。缺點(diǎn)是需要進(jìn)行海底準(zhǔn)備，受沖刷影響大，且僅適用于淺水區(qū)域。圖 2重力式基礎(chǔ)示意圖二、海上風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)的形式 重力式基礎(chǔ)（如 圖2二、海上風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)的形式 吸力式基礎(chǔ)（如圖3所示） 該基礎(chǔ)分為單柱及多柱吸力式沉箱基礎(chǔ)等。吸力式基礎(chǔ)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(chǔ)，該基礎(chǔ)因利用負(fù)壓方法進(jìn)行，可大大節(jié)省鋼材用量和海上施工時(shí)間，具有較良好的應(yīng)用前景，但目前僅丹麥有

4、成功的安裝經(jīng)驗(yàn)，其可行性尚處于研究階段；圖 3 吸力式基礎(chǔ)示意圖二、海上風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)的形式 吸力式基礎(chǔ)（如圖3所示）圖 3二、海上風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)的形式 多樁基礎(chǔ)（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(shè)計(jì)還沒有得到真正的商業(yè)應(yīng)用，僅存在于部分試驗(yàn)機(jī)組。圖 4 多樁式基礎(chǔ)示意圖二、海上風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)的形式 多樁基礎(chǔ)（如圖4所示）圖 4 二、海上風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)的形式懸浮式基礎(chǔ)（如圖5所示）可安裝于風(fēng)資源更為豐富的深海海域（50-200m）；設(shè)計(jì)概念更為廣泛；建設(shè)及安裝方法靈活；可移動(dòng)，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(chǔ)示意圖（NREL）二、海上風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)的形式懸浮式基礎(chǔ)（如圖5所示）圖 5 二、海上風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)的形式對(duì)基礎(chǔ)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(fēng)力發(fā)電機(jī)組大多數(shù)都采用重力凝土和單樁鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案。二、海上風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)的形式對(duì)基礎(chǔ)類型選型的影響三、基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)內(nèi)容及流程風(fēng)電場布局基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)防沖刷設(shè)計(jì)防腐蝕設(shè)計(jì)運(yùn)輸、安裝、連接及維護(hù)方案工程圖設(shè)計(jì)條件風(fēng)電機(jī)組校核外部條件場址勘測風(fēng)電機(jī)組施工三、基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)內(nèi)容及流程風(fēng)電場布局基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)防沖刷三、基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)內(nèi)容及流程場址勘測風(fēng)況測量海況測量風(fēng)速風(fēng)

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(fēng)速風(fēng)速分布湍流強(qiáng)度風(fēng)切變波浪能量譜H、T、V概率分布風(fēng)、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(dòng)海床運(yùn)動(dòng)剪切強(qiáng)度土壤剛度阻尼結(jié)冰程度地震強(qiáng)度撞擊概率同步項(xiàng)目內(nèi)容結(jié)果三、基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)內(nèi)容及流程場址勘測風(fēng)況測量海況測量風(fēng)速三、基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)內(nèi)容及流程場址勘測風(fēng)電場特定的外部條件近海風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì)依據(jù)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)風(fēng)電機(jī)組設(shè)計(jì)風(fēng)電機(jī)組的設(shè)計(jì)依據(jù)(如IEC61400-1)設(shè)計(jì)條件及載荷工況全系統(tǒng)載荷計(jì)算極限狀態(tài)分析結(jié)構(gòu)安全性判定結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成疲勞分析尾流影響NONO三、基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)內(nèi)容及流程場址

7、勘測風(fēng)電場特定的外部條件三、基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)防腐蝕設(shè)計(jì)（一）海上風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)防腐蝕設(shè)計(jì)方法和要求 無論何種結(jié)構(gòu)型式，海上風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)材料為鋼材或鋼筋混凝土，其防腐蝕設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)水位、設(shè)計(jì)波高，可分為大氣區(qū)、浪濺區(qū)、水位變動(dòng)區(qū)、水下區(qū)、泥下區(qū)，各區(qū)區(qū)別對(duì)待。具體實(shí)施方案如下：三、基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)防腐蝕設(shè)計(jì)（一）海上風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)防腐蝕設(shè)計(jì)方法三、基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)防腐蝕設(shè)計(jì)1）對(duì)于基礎(chǔ)中的鋼結(jié)構(gòu)，大氣區(qū)的防腐蝕一般采用涂層保護(hù)或噴涂金屬層加封閉涂層保護(hù)；2）浪濺區(qū)和水位變動(dòng)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(hù)，亦可采用包覆玻璃鋼、樹脂砂漿以及包覆合金進(jìn)行保護(hù)；3）水位變動(dòng)區(qū)平均潮位以下

8、部位，一般采用涂層與陰極保護(hù)聯(lián)合防腐蝕措施；三、基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)防腐蝕設(shè)計(jì)1）對(duì)于基礎(chǔ)中的鋼結(jié)構(gòu)，大氣區(qū)的三、基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)防腐蝕設(shè)計(jì)4）水下區(qū)的防腐蝕應(yīng)采用陰極保護(hù)與涂層聯(lián)合防腐蝕措施或單獨(dú)采用陰極保護(hù)，當(dāng)單獨(dú)采用陰極保護(hù)時(shí)，應(yīng)考慮施工期的防腐蝕措施；5）泥下區(qū)的防腐蝕應(yīng)采用陰極保護(hù)。6）對(duì)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(duì)于混凝土樁，可以采用防腐涂料或包覆玻璃鋼防腐。三、基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)防腐蝕設(shè)計(jì)4）水下區(qū)的防腐蝕應(yīng)采用陰極保護(hù)三、基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)防沖刷設(shè)計(jì)1）樁基周圍采用粗顆粒料的沖刷防護(hù)方法：采用大塊石頭等粗顆粒作沖刷防護(hù)2）樁基周圍采用護(hù)圈或沉箱的沖刷防護(hù)方法：在樁基周圍設(shè)置護(hù)圈(薄板)或沉箱可以減小沖刷深度。3）樁