海上风力发电机组基础的设计课件

海上海上风力力发电机机组基基础设计海上风力发电机组基础设计1一、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2019年年2月月7日，全球海上日，全球海上风电场累累计装机容量达到装机容量达到238,000MW，比上年增加了，比上年增加了21。l中国中国截至截至2019年底，中国的年底，中国的风电累累计装机容装机容量达到量达到44.7GW，首次居世界首位，首次居世界首位，亚洲的另洲的另外一个外一个发展中大国印度也首次展中大国印度也首次跻身身风电累累计装机容量世界前五位。装机容量世界前五位。一、前言全球海上风电场建设概况 截止到2019年2月2一、前言一、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）塔）塔头（风轮与机与机舱）（2）塔架）塔架（3）基）基础（水下（水下结构与地基）构与地基）l与与场址条件密切相关的特定址条件密切相关的特定设计；l约占整个工程成本的占整个工程成本的20%-30%；l对整机安全至关重要。整机安全至关重要。支撑结构一、前言 海上风力发电机组通常分为以下三个主要部分：支3二、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目前经常被常被讨论的基的基础形式主要涵盖参形式主要涵盖参考海洋平台的固定式基考海洋平台的固定式基础，和，和处于概念于概念阶段的漂浮式基段的漂浮式基础，具体包括：，具体包括：单桩基基础；重力式基重力式基础；吸力式基吸力式基础；多多桩基基础；漂浮式基漂浮式基础二、海上风电机组基础的形式 目前经常被讨论的基础形式主4二、海上风电机组基础的形式二、海上风电机组基础的形式 单桩基基础（如（如图1所所示）示）采用直径采用直径35m 的大直径的大直径钢管管桩，在沉好，在沉好桩后，后，桩顶固定好固定好过渡段，将塔架安装渡段，将塔架安装其上。其上。单桩基基础一般安装至一般安装至海床下海床下10-20m，深度取决于，深度取决于海床基海床基类型。此种方式受海型。此种方式受海底地底地质条件和水深条件和水深约束束较大，大，需要防止海流需要防止海流对海床的冲刷，海床的冲刷，不适合于不适合于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 单桩基础（如图1所示）图 1 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 重力式基重力式基础（如（如图2所示）所示）重力式基重力式基础因混凝土沉因混凝土沉箱基箱基础结构体构体积大，可靠大，可靠重力使重力使风机保持垂直，其机保持垂直，其结构构简单，造价低且不受，造价低且不受海床影响，海床影响，稳定性好。缺定性好。缺点是需要点是需要进行海底准行海底准备，受冲刷影响大，且受冲刷影响大，且仅适用适用于浅水区域。于浅水区域。图 2重力式基础示意图二、海上风电机组基础的形式 重力式基础（如 图26二、海上风电机组基础的形式二、海上风电机组基础的形式 吸力式基吸力式基础（如（如图3所所示）示）该基基础分分为单柱及多柱吸力式柱及多柱吸力式沉箱基沉箱基础等。吸力式基等。吸力式基础通通过施施工手段将工手段将钢裙沉箱中的水抽出形裙沉箱中的水抽出形成吸力。相比前面介成吸力。相比前面介绍的的单桩基基础，该基基础因利用因利用负压方法方法进行，行，可大大可大大节省省钢材用量和海上施工材用量和海上施工时间，具有，具有较良好的良好的应用前景，用前景，但目前但目前仅丹麦有成功的安装丹麦有成功的安装经验，其可行性尚其可行性尚处于研究于研究阶段；段；图 3 吸力式基础示意图二、海上风电机组基础的形式 吸力式基础（如图3所示）图 37二、海上风电机组基础的形式二、海上风电机组基础的形式 多多桩基基础（如如图4所示）所示）利利用用小小直直径径的的基基桩，打打入入地地基基土土内内，桩基基可可以以打打成成倾斜斜，用用以以抵抵抗抗波波浪浪、水水流流力力，中中间以以填填塞塞或或者者成成型型方方式式连接接。适适用用于于较深深的的水水域域。该设计还没没有有得得到到真真正正的的商商业应用用，仅存存在在于于部部分分试验机机组。图 4 多桩式基础示意图二、海上风电机组基础的形式 多桩基础（如图4所示）图 4 8二、海上风电机组基础的形式二、海上风电机组基础的形式悬浮浮式式基基础（如如图图5所示）所示）可可安安装装于于风资源源更更为丰丰富富的深海海域（的深海海域（50-200m）；）；设计概念更概念更为广泛；广泛；建建设及安装方法灵活；及安装方法灵活；可移可移动，易拆除；，易拆除；常常见的的概概念念：柱柱形形浮浮筒筒、TLP和三浮筒。（和三浮筒。（图5）图 5 漂浮式基础示意图（NREL）二、海上风电机组基础的形式悬浮式基础（如图5所示）图 5 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基础类型型选型的影响型的影响l水深水深l土壤和海床条件土壤和海床条件l外部外部载荷荷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力力发电机机组大大多多数数都都采采用用重重力凝土和力凝土和单桩钢结构基构基础设计方案。方案。二、海上风电机组基础的形式对基础类型选型的影响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三、基础的设计设计内容及流程风电场布局基础结构设计防冲刷11三、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、基础的设计设计内容及流程场址勘测风况测量海况测量风速12三、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、基础的设计设计内容及流程场址勘测风电场特定的外部条件13三、基础的设计三、基础的设计防腐蚀设计防腐蚀设计（一）海上（一）海上风机基机基础防腐防腐蚀设计方法和要求方法和要求 无无论何何种种结构构型型式式，海海上上风机机基基础的的结构构材材料料为钢材材或或钢筋筋混混凝凝土土，其其防防腐腐蚀设计应根根据据设计水水位位、设计波波高高，可可分分为大大气气区区、浪浪溅区区、水水位位变动区区、水水下下区区、泥泥下区，各区区下区，各区区别对待。具体待。具体实施方案如下：施方案如下：三、基础的设计防腐蚀设计（一）海上风机基础防腐蚀设计方法14三、基础的设计三、基础的设计防腐蚀设计防腐蚀设计l1）对于基于基础中的中的钢结构，大气区的防腐构，大气区的防腐蚀一般采用涂一般采用涂层保保护或或喷涂金属涂金属层加封加封闭涂涂层保保护；l2）浪）浪溅区和水位区和水位变动区的平均潮位以上部区的平均潮位以上部位的防腐位的防腐蚀一般采用重防一般采用重防蚀涂涂层或或喷涂金属涂金属层加封加封闭涂涂层保保护，亦可采用包覆玻璃，亦可采用包覆玻璃钢、树脂砂脂砂浆以及包覆合金以及包覆合金进行保行保护；l3）水位）水位变动区平均潮位以下部位，一般采区平均潮位以下部位，一般采用涂用涂层与阴极保与阴极保护联合防腐合防腐蚀措施；措施；三、基础的设计防腐蚀设计1）对于基础中的钢结构，大气区的15三、基础的设计三、基础的设计防腐蚀设计防腐蚀设计l4）水下区的防腐）水下区的防腐蚀应采用阴极保采用阴极保护与涂与涂层联合防腐合防腐蚀措施或措施或单独采用阴极保独采用阴极保护，当，当单独采用阴极保独采用阴极保护时，应考考虑施工期的防腐施工期的防腐蚀措施；措施；l5）泥下区的防腐）泥下区的防腐蚀应采用阴极保采用阴极保护。l6）对于混凝土墩体于混凝土墩体结构，可以采用高性能构，可以采用高性能混凝土加采用表面涂混凝土加采用表面涂层或硅或硅烷浸浸渍的方法；的方法；可以采用高性能混凝土加可以采用高性能混凝土加结构构钢筋采用涂筋采用涂层钢筋的方法；也可以采用外加筋的方法；也可以采用外加电流的方法。流的方法。对于混凝土于混凝土桩，可以采用防腐涂料或包覆玻，可以采用防腐涂料或包覆玻璃璃钢防腐。防腐。三、基础的设计防腐蚀设计4）水下区的防腐蚀应采用阴极保护16三、基础的设计三、基础的设计防冲刷设计防冲刷设计l1）桩基周基周围采用粗采用粗颗粒料的冲刷防粒料的冲刷防护方法：方法：采用大采用大块石石头等粗等粗颗粒作冲刷防粒作冲刷防护l2）桩基周基周围采用采用护圈或沉箱的冲刷防圈或沉箱的冲刷防护方方法：在法：在桩基周基周围设置置护圈圈(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）桩基周基周围采用采用护坦减冲防坦减冲防护：采用适当：采用适当的埋置深度、的埋置深度、宽度的度的护坦以达到既安全又坦以达到既安全又经济的目的。的目的。l4）桩基周基周围采用裙板的防冲刷方法：采用裙板的防冲刷方法：桩基基周周围采用裙板起到采用裙板起到扩大沉大沉垫底部面底部面积作用，作用，将冲刷坑向外推延。将冲刷坑向外推延。三、基础的设计防冲刷设计1）桩基周围采用粗颗粒料的冲刷防17谢谢！谢谢！18docin/sanshengshiyuandoc88/sanshenglu 更多精品资源请访问更多精品资源请访问docin/sanshengshiyuan 更多精品19