《海上风力发电机组基础设计.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《海上风力发电机组基础设计.ppt（18页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、海上风力发电机海上风力发电机组基础设计组基础设计一、前言一、前言l全球海上风电场建设概况全球海上风电场建设概况 截止到截止到20122012年年2 2月月7 7日，全球海上风电场日，全球海上风电场累计装机容量达到累计装机容量达到238,000MW238,000MW，比上年增加了，比上年增加了2121。l中国中国 截至截至20102010年底，中国的风电累计装机容年底，中国的风电累计装机容量达到量达到44.7GW44.7GW，首次居世界首位，亚洲的另，首次居世界首位，亚洲的另外一个发展中大国印度也首次跻身风电累计外一个发展中大国印度也首次跻身风电累计装机容量世界前五位。装机容量世界前五位。一、前
2、言一、前言 海上风力发电机组通常分为以下三海上风力发电机组通常分为以下三个主要部分：个主要部分：（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。支撑结构二、海上风电机组基础的形式二、海上风电机组基础的形式 目前经常被讨论的基础形式主要涵盖参目前经常被讨论的基础形式主要涵盖参考海洋平台的固定式基础，和处于概念阶考海洋平台的固定式基础，和处于概念阶段的漂浮
3、式基础，具体包括：段的漂浮式基础，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 单桩基础（如图单桩基础（如图1 1所所示）示）采用直径采用直径3 35m 5m 的大直径的大直径钢管桩，在沉好桩后，桩顶钢管桩，在沉好桩后，桩顶固定好过渡段，将塔架安装固定好过渡段，将塔架安装其上。单桩基础一般安装至其上。单桩基础一般安装至海床下海床下10-20m10-20m，深度取决于，深度取决于海床基类型。此种方式受海海床基类型。此种方式受海底地质条件和水深约束较大，底地质条件
4、和水深约束较大，需要防止海流对海床的冲刷，需要防止海流对海床的冲刷，不适合于不适合于25m 25m 以上的海域。以上的海域。图 1 单桩基础示意图二、海上风电机组基础的形式二、海上风电机组基础的形式 重力式基础（如重力式基础（如 图图2 2所示）所示）重力式基础因混凝土沉重力式基础因混凝土沉箱基础结构体积大，可靠箱基础结构体积大，可靠重力使风机保持垂直，其重力使风机保持垂直，其结构简单，造价低且不受结构简单，造价低且不受海床影响，稳定性好。缺海床影响，稳定性好。缺点是需要进行海底准备，点是需要进行海底准备，受冲刷影响大，且仅适用受冲刷影响大，且仅适用于浅水区域。于浅水区域。图 2重力式基础示意
5、图二、海上风电机组基础的形式二、海上风电机组基础的形式 吸力式基础（如图吸力式基础（如图3 3所所示）示）该基础分为单柱及多柱吸力式该基础分为单柱及多柱吸力式沉箱基础等。吸力式基础通过施沉箱基础等。吸力式基础通过施工手段将钢裙沉箱中的水抽出形工手段将钢裙沉箱中的水抽出形成吸力。相比前面介绍的单桩基成吸力。相比前面介绍的单桩基础，该基础因利用负压方法进行，础，该基础因利用负压方法进行，可大大节省钢材用量和海上施工可大大节省钢材用量和海上施工时间，具有较良好的应用前景，时间，具有较良好的应用前景，但目前仅丹麦有成功的安装经验，但目前仅丹麦有成功的安装经验，其可行性尚处于研究阶段；其可行性尚处于研究
6、阶段；图 3 吸力式基础示意图二、海上风电机组基础的形式二、海上风电机组基础的形式 多多桩桩基基础础（如如图图4 4所示）所示）利利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，仅仅存存在在于于部部分分试试验机组。验机组。图 4 多桩式基础示意图二、海上风电机组基础的形式二、海上风电机组基础的形式悬悬浮浮式式基基础础（如如图图5 5所示）所示）l可可安安装装于于风
7、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）图 5 漂浮式基础示意图（NREL）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
8、重力凝土和单桩钢结构基础设计方案。力凝土和单桩钢结构基础设计方案。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
9、面土壤条件土壤条件场址条件数据库场址条件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
10、机组设计风电机组设计风电机组的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尾流影响尾流影响NONO三、基础的设计三、基础的设计防腐蚀设计防腐蚀设计（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 无无论论何何种种结结构构型型式式，海海上上风风机机基基础础的的结结构构材材料料为为钢钢材材或或钢钢筋筋混混凝凝土土，其其防防腐腐蚀蚀设设计计应应根根据据设设计计水水位位、设设计计波波高高，可可分分为为大大气气区
11、区、浪浪溅溅区区、水水位位变变动动区区、水水下下区区、泥泥下下区区，各各区区区区别别对对待待。具具体体实实施施方方案案如如下：下：三、基础的设计三、基础的设计防腐蚀设计防腐蚀设计l1 1）对于基础中的钢结构，大气区的防腐蚀）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一般采用涂层保护或喷涂金属层加封闭涂层保护；保护；l2 2）浪溅区和水位变动区的平均潮位以上部）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位的防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、层加封闭涂层保护，亦可采用包覆玻璃钢、树脂砂浆以及包覆合金进
12、行保护；树脂砂浆以及包覆合金进行保护；l3 3）水位变动区平均潮位以下部位，一般采）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；用涂层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l4 4）水下区的防腐蚀应采用阴极保护与涂层）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，当单联合防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独采用阴极保护时，应考虑施工期的防腐蚀措施；措施；l5 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。l6 6）对于混凝土墩体结构，可以采用高性能）对于混凝
13、土墩体结构，可以采用高性能混凝土加采用表面涂层或硅烷浸渍的方法；混凝土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；也可以采用外加电流的方法。钢筋的方法；也可以采用外加电流的方法。对于混凝土桩，可以采用防腐涂料或包覆玻对于混凝土桩，可以采用防腐涂料或包覆玻璃钢防腐。璃钢防腐。三、基础的设计三、基础的设计防冲刷设计防冲刷设计l1 1）桩基周围采用粗颗粒料的冲刷防护方法：）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采用大块石头等粗颗粒作冲刷防护l2 2）桩基周围采用护圈或沉箱的冲刷防护方）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法：在桩基周围设置护圈(薄板薄板)或沉箱可以或沉箱可以减小冲刷深度。减小冲刷深度。l3 3）桩基周围采用护坦减冲防护：采用适当）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的埋置深度、宽度的护坦以达到既安全又经济的目的。济的目的。l4 4）桩基周围采用裙板的防冲刷方法：桩基）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，周围采用裙板起到扩大沉垫底部面积作用，将冲刷坑向外推延。将冲刷坑向外推延。谢谢！