海上风力发电机组基础设计及设计认证.pptx

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1、1与陆上风电场相比与陆上风电场相比,海上风电具有以下优点：海上风电具有以下优点：l风能资源储量大、环境污染小、不占用耕地；风能资源储量大、环境污染小、不占用耕地；l低风切变，低湍流强度低风切变，低湍流强度较低的疲劳载荷；较低的疲劳载荷；l高产出：海上风电场对噪音要求较低，可通高产出：海上风电场对噪音要求较低，可通过增加转动速度及电压来提高电能产出；过增加转动速度及电压来提高电能产出；l海上风电场允许单机容量更大的风机，高者海上风电场允许单机容量更大的风机，高者可达可达5MW5MW10MW10MW。一、前言一、前言第1页/共22页2 海上风力发电机组通常分为以下两个主海上风力发电机组通常分为以下

2、两个主要部分：要部分：（1 1）塔头（风轮与机舱）塔头（风轮与机舱）（2 2）塔架）塔架（3 3）基础（水下结构与地基）基础（水下结构与地基）l与场址条件密切相关的特定设计；与场址条件密切相关的特定设计；l约占整个工程成本的约占整个工程成本的20%-30%20%-30%；l对整机安全至关重要。对整机安全至关重要。一、前言一、前言支撑结构第2页/共22页3 目目前前经经常常被被讨讨论论的的基基础础形形式式主主要要涵涵盖盖参参考考海海洋洋平平台台的的固固定定式式基基础础，和和处处于于概概念念阶阶段段的的漂漂浮式基础，具体包括：浮式基础，具体包括：l单桩基础；单桩基础；l重力式基础；重力式基础；l吸

3、力式基础吸力式基础 ；l多桩基础多桩基础 ；l漂浮式基础漂浮式基础二、海上风电机组基础的形式二、海上风电机组基础的形式第3页/共22页4单单桩桩基基础础（如如图图2 2所所示）示）采采用用直直径径3 35m 5m 的的大大直直径径钢钢管管桩桩，在在沉沉好好桩桩后后，桩桩顶顶固固定定好好过过渡渡段段，将将塔塔架架安安装装其其上上。单单桩桩基基础础一一般般安安装装至至海海床床下下10-20m10-20m，深深度度取取决决于于海海床床基基类类型型。此此种种方方式式受受海海底底地地质质条条件件和和水水深深约约束束较较大大，需需要要防防止止海海流流对对海海床床的的冲冲刷刷，不不适适合合于于25m 25m

4、 以上的海域。以上的海域。二、海上风电机组基础的形式二、海上风电机组基础的形式图 2 单桩基础示意图第4页/共22页5重重力力式式基基础础（如如图图3 3所示）所示）重重力力式式基基础础因因混混凝凝土土沉沉箱箱基基础础结结构构体体积积大大，可可靠靠重重力力使使风风机机保保持持垂垂直直，其其结结构构简简单单，造造价价低低且且不不受受海海床床影影响响，稳稳定定性性好好。缺缺点点是是需需要要进进行行海海底底准准备备，受受冲冲刷刷影影响响大大，且仅适用于浅水区域。且仅适用于浅水区域。二、海上风电机组基础的形式二、海上风电机组基础的形式图 3重力式基础示意图第5页/共22页6吸力式基础吸力式基础 该该基

5、基础础分分为为单单柱柱及及多多柱柱吸吸力力式式沉沉箱箱基基础础等等。吸吸力力式式基基础础通通过过施施工工手手段段将将钢钢裙裙沉沉箱箱中中的的水水抽抽出出形形成成吸吸力力。相相比比前前面面介介绍绍的的单单桩桩基基础础，该该基基础础因因利利用用负负压压方方法法进进行行，可可大大大大节节省省钢钢材材用用量量和和海海上上施施工工时时间间，具具有有较较良良好好的的应应用用前前景景，但但目目前前仅仅丹丹麦麦有有成成功功的的安安装装经验，其可行性尚处于研究阶段；经验，其可行性尚处于研究阶段；二、海上风电机组基础的形式二、海上风电机组基础的形式第6页/共22页7多多桩桩基基础础（如如图图4 4所所示）示）利利

6、用用小小直直径径的的基基桩桩，打打入入地地基基土土内内，桩桩基基可可以以打打成成倾倾斜斜，用用以以抵抵抗抗波波浪浪、水水流流力力，中中间间以以填填塞塞或或者者成成型型方方式式连连接接。适适用用于于较较深深的的水水域域。该该设设计计还还没没有有得得到到真真正正的的商商业业应应用用，仅仅存存在于部分试验机组。在于部分试验机组。二、海上风电机组基础的形式二、海上风电机组基础的形式图 4 多桩式基础示意图第7页/共22页8悬浮式基础悬浮式基础l可可安安装装于于风风资资源源更更为为丰丰富富的深海海域（的深海海域（50-200m50-200m）；）；l设计概念更为广泛；设计概念更为广泛；l建设及安装方法灵

7、活；建设及安装方法灵活；l可移动，易拆除；可移动，易拆除；l常常见见的的概概念念：柱柱形形浮浮筒筒、TLPTLP和三浮筒。（图和三浮筒。（图5 5）二、海上风电机组基础的形式二、海上风电机组基础的形式图 5 漂浮式基础示意图（NREL）第8页/共22页9二、海上风电机组基础的形式二、海上风电机组基础的形式对基础类型选型的影响对基础类型选型的影响l水深水深l土壤和海床条件土壤和海床条件l外部载荷外部载荷l施工方法与条件施工方法与条件l成本成本目目前前世世界界上上的的近近海海风风力力发发电电机机组组大大多多数数都都采采用用重重力力混混凝土和单桩钢结构基础设计方案。凝土和单桩钢结构基础设计方案。第9

8、页/共22页10三、基础的设计三、基础的设计设计内容及流程设计内容及流程风电场布局风电场布局基础结构设计基础结构设计防冲刷设计防冲刷设计防腐蚀设计防腐蚀设计运输、安装、连接运输、安装、连接及维护方案及维护方案工程图工程图设计条件设计条件风电机组校核风电机组校核外部条件外部条件场址勘测场址勘测风电机组风电机组施工施工第10页/共22页11三、基础的设计三、基础的设计外部条件外部条件场址勘测场址勘测风况测量风况测量海况测量海况测量风速风速风向风向气压气压波浪波浪洋流速度、方向洋流速度、方向潮位潮位地质勘测地质勘测海底地形（水深）海底地形（水深）地层剖面地层剖面土壤条件土壤条件场址条件数据库场址条件

9、数据库分析分析极端风速极端风速风速分布风速分布湍流强度湍流强度风切变风切变波浪能量谱波浪能量谱H、T、V概率分布概率分布风、浪方向分布风、浪方向分布极端洋流极端洋流平均水位平均水位极端水位极端水位其他调研其他调研结冰结冰地震地震人类活动人类活动海床运动海床运动剪切强度剪切强度土壤刚度阻尼土壤刚度阻尼结冰程度结冰程度地震强度地震强度撞击概率撞击概率同步同步项目项目内容内容结果结果第11页/共22页12三、基础的设计三、基础的设计结构设计结构设计场址勘测场址勘测风电场特定的外部条件风电场特定的外部条件近海风力发电机组设计依据近海风力发电机组设计依据基础设计基础设计风电机组设计风电机组设计风电机组的

10、设计依据风电机组的设计依据(如如IEC61400-1)设计条件及载荷工况设计条件及载荷工况全系统载荷计算全系统载荷计算极限状态分析极限状态分析结构安全性判定结构安全性判定结构设计完成结构设计完成疲劳分析疲劳分析NONO尾流影响尾流影响第12页/共22页13（一）海上风机基础防腐蚀设计方法和要求（一）海上风机基础防腐蚀设计方法和要求 无论何种结构型式，海上风机基础的结构材无论何种结构型式，海上风机基础的结构材料为钢材或钢筋混凝土，其防腐蚀设计应根据设料为钢材或钢筋混凝土，其防腐蚀设计应根据设计水位、设计波高，可分为大气区、浪溅区、水计水位、设计波高，可分为大气区、浪溅区、水位变动区、水下区、泥下

11、区，各区区别对待。具位变动区、水下区、泥下区，各区区别对待。具体实施方案如下：体实施方案如下：三、基础的设计三、基础的设计防腐蚀设计防腐蚀设计第13页/共22页141）对于基础中的钢结构，大气区的防腐蚀一般采）对于基础中的钢结构，大气区的防腐蚀一般采用涂层保护或喷涂金属层加封闭涂层保护；用涂层保护或喷涂金属层加封闭涂层保护；2）浪溅区和水位变动区的平均潮位以上部位的防）浪溅区和水位变动区的平均潮位以上部位的防腐蚀一般采用重防蚀涂层或喷涂金属层加封闭涂腐蚀一般采用重防蚀涂层或喷涂金属层加封闭涂层保护，亦可采用包覆玻璃钢、树脂砂浆以及包层保护，亦可采用包覆玻璃钢、树脂砂浆以及包覆合金进行保护；覆合

12、金进行保护；3）水位变动区平均潮位以下部位，一般采用涂层）水位变动区平均潮位以下部位，一般采用涂层与阴极保护联合防腐蚀措施；与阴极保护联合防腐蚀措施；三、基础的设计三、基础的设计防腐蚀设计防腐蚀设计第14页/共22页154）水下区的防腐蚀应采用阴极保护与涂层联合防）水下区的防腐蚀应采用阴极保护与涂层联合防腐蚀措施或单独采用阴极保护，当单独采用阴极保腐蚀措施或单独采用阴极保护，当单独采用阴极保护时，应考虑施工期的防腐蚀措施；护时，应考虑施工期的防腐蚀措施；5）泥下区的防腐蚀应采用阴极保护。）泥下区的防腐蚀应采用阴极保护。6）对于混凝土墩体结构，可以采用高性能混凝土）对于混凝土墩体结构，可以采用高

13、性能混凝土加采用表面涂层或硅烷浸渍的方法；可以采用高性加采用表面涂层或硅烷浸渍的方法；可以采用高性能混凝土加结构钢筋采用涂层钢筋的方法；也可以能混凝土加结构钢筋采用涂层钢筋的方法；也可以采用外加电流的方法。对于混凝土桩，可以采用防采用外加电流的方法。对于混凝土桩，可以采用防腐涂料或包覆玻璃钢防腐。腐涂料或包覆玻璃钢防腐。三、基础的设计三、基础的设计防腐蚀设计防腐蚀设计第15页/共22页16（二）海上风机基础防冲刷设计方法和要求（二）海上风机基础防冲刷设计方法和要求 水流受基础阻挡形成涡旋，进而形成冲刷坑。水流受基础阻挡形成涡旋，进而形成冲刷坑。海上风机桩基周围的冲刷将极大地威胁了它的安海上风机

14、桩基周围的冲刷将极大地威胁了它的安全工作，所以海上风机桩基周围的局部冲刷防护全工作，所以海上风机桩基周围的局部冲刷防护具有很大的必要性。海上风机基础冲刷防护主要具有很大的必要性。海上风机基础冲刷防护主要有以下几种方法：有以下几种方法：三、基础的设计三、基础的设计防冲刷设计防冲刷设计第16页/共22页171）桩基周围采用粗颗粒料的冲刷防护方法：采）桩基周围采用粗颗粒料的冲刷防护方法：采用大块石头等粗颗粒作冲刷防护用大块石头等粗颗粒作冲刷防护2）桩基周围采用护圈或沉箱的冲刷防护方法：）桩基周围采用护圈或沉箱的冲刷防护方法：在桩基周围设置护圈在桩基周围设置护圈(薄板薄板)或沉箱可以减小冲或沉箱可以减

15、小冲刷深度。刷深度。3）桩基周围采用护坦减冲防护：采用适当的埋）桩基周围采用护坦减冲防护：采用适当的埋置深度、宽度的护坦以达到既安全又经济的置深度、宽度的护坦以达到既安全又经济的目的。目的。4）桩基周围采用裙板的防冲刷方法：桩基周围）桩基周围采用裙板的防冲刷方法：桩基周围采用裙板起到扩大沉垫底部面积作用，将冲采用裙板起到扩大沉垫底部面积作用，将冲刷坑向外推延。刷坑向外推延。三、基础的设计三、基础的设计防冲刷设计防冲刷设计第17页/共22页18四、东海大桥海上风电场基础设计认证四、东海大桥海上风电场基础设计认证 东东海海大大桥桥海海上上风风电电场场是是中中国国第第一一个个真真正正意意义义上上的的

16、海海上上风风电电场场地地，总总装装机机容容量量102MW102MW。风风电电场场海海域域范范围围距距离离岸岸线线8 813km13km。可能面临的挑战：可能面临的挑战：1.1.高海水流速；高海水流速；2.2.松软的地质条件。松软的地质条件。图6风电场地理位置图第18页/共22页19可能应用到的依据：可能应用到的依据：1.IEC61400-3：2006；2.DNV-OS-J101:2004；3.GL Guideline（2005）；）；4.海港水文规范海港水文规范JTJ 213-98；5.港口工程荷载规范港口工程荷载规范JTJ 215-98；6.海上固定平台规划、设计和建造的推荐作法海上固定平台

17、规划、设计和建造的推荐作法 工作应力工作应力设计法设计法SY/T 10030-2004；7.港口工程桩基规范港口工程桩基规范JTJ 254-98；8.海港工程混凝土结构防腐蚀技术规范海港工程混凝土结构防腐蚀技术规范JTJ 275-2000；9.风电机组地基基础设计规定风电机组地基基础设计规定（试行）（试行）FD 003-2007；等等等等四、东海大桥海上风电场基础设计认证四、东海大桥海上风电场基础设计认证第19页/共22页20四、东海大桥海上风电场基础设计认证四、东海大桥海上风电场基础设计认证风电场布局基础结构设计防冲刷设计防腐蚀设计运输、安装、连接及维护方案工程图设计条件风电机组校核外部条件场址勘测风电机组施工1.场址勘测及设计条件评估场址勘测及设计条件评估6.防冲刷设计评估防冲刷设计评估5.防腐蚀设计评估防腐蚀设计评估2.载荷计算评估载荷计算评估3.结构强度评估结构强度评估4.风电机组载风电机组载荷校核评估荷校核评估第20页/共22页21谢谢！谢谢！第21页/共22页22感谢您的观看。感谢您的观看。第22页/共22页