海上风电机组基础结构-第一章

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,海上风电机组基础结构,陈达,参考书目录：,海上风电机组基础结构,陈达 等编著,教 材,推荐参考书,海上风电机组地基基础设计理论与工程应用,王伟、杨敏,编著,制备技术,-,海上风力发电机组,-,制造方法,吴佳梁、李成锋编著,海上风力发电机组,-,几何参数设计,吴佳梁、李成锋 编著,通常海上风电机组上安装有,3,片叶片,而叶片的尺寸大小直接决定了海上风力发电机的功率大小。,风机是风力发电的核心部分,主要由转子、风速计、控制器、发电机、变速器等部分组成。,一个完整的海上风电场由一定规模数量的单个风电机组和海底输电设备构成。单个的,风电机组包括叶片、风机、塔身和基础部分,。,叶片,海上风电场的构成,风机,塔身一般由空心的管状钢材制成,设计主要考虑在各种风况下的刚性和稳性,根据安装地点的风况、水况和风轮半径条件决定塔身的高度,使风叶片处于风力资源最丰富的高度,。,由于海上风电机组的基础处于海上,增加了许多额外载荷和不确定因素,因而设计较为复杂,结构形式也由于不同的海况而多样化,因而,基础设计成了海上风电场设计的关键技术之一,。,塔身,基础,内容及计划,本课程主要内容,第六章：海上风电机组基础防腐蚀 （江朝华）,第一章：绪论 （陈达）,第二章：海上风电机组基础结构环境荷载（江朝华）,第五章：浮式基础 （陈达）,第三章：桩承式基础 （陈达）,第四章：重力式基础 （陈达）,第一章：绪论,1.2.1,桩承式基础,1.2.2,重力式基础,1.2.3,浮式基础,1.1,海上风电发展概况,1.2,海上风电机组基础结构的分类和组成,1.1.1,国外海上风电发展概况,1.1.2,国内海上风电发展概况,风能概况,能源总量,据估计到达地球的太阳能中只有大约,2,转化为风能，,全球的风能,约为,2.74,10,9,MW,，其中可利用的风能为,2,10,7,MW,，,比地球上可开发利用的水能总量还要大,10,倍。,风能提水,风能动力,风能概况,风能、太阳能和生物质能发展速度最快，产业前景也最好。,风力发电相对于太阳能、生物质能等新能源技术更为成熟、成本更低、对环境破坏更小，被称为最接近常规能源的新能源，,因而成为产业化发展最快的清洁能源技术。,风能的特征,全球风电装机发展,全球风电装机发展,截止,2011,年底，,全球风电装机容量达到了,2.3810,5,MW,，累计装机容量实现了,21%,的年增长,。全球,75,个国家有商业运营的风电装机，,其中,22,个国家的装机容量超过,1GW,，风电正在以超出预期的发展速度不断增长。目前，,丹麦,用电量的,28%,来自风电，西班牙,用电量的,16%,来自风电，德国,用电量的,8%,来自风电,，风电已成为欧洲国家能源转型的重要支撑，这为全球能源结构转型树立了榜样。,欧洲风能利用协会将在欧洲的近海岸地区进行风能开发利用，,希望在,2020,年风能发电能够满足欧洲居民的全部用电需求,。,全球风电装机容量,欧洲风能发展目标,中国风电装机发展,中国风电装机发展,我国风力发电始于上世纪,80,年代,，,自从,2006,年,1,月,1,日开始实施可再生能源法后，中国风电市场前期稳步发展、后期迅猛发展。如今在全球的风能发展中，中国风力发电的发展速度最快，,至,2012,年,6,月，我国并网风电达到,52.58GW,，国家电网调度范围达到,50.26GW,，超过美国,跃居世界第一,。,2012,年,8,月发布的可再生能源发展“十二五”规划提出到,2015,年，风电累计并网运行达,110,5,MW,。,2007,年,2050,年,中国风电装机容量,中国风资源,“三北”地区,东北、华北、西北可开发利用的风能储量约,2,亿,kW,，约占全国陆地可利用储量的,79,。该地区地形平坦，没有破坏性风速，是我国连成一片的最大风能资源区，有利于大规模开发风电场。,沿海及其岛屿地区,包括山东、广西和海南、江苏等省市沿海近,10km,宽地带，约占全国陆地可利用储量的,4,。,东南沿海及其岛屿是我国风能最佳丰富区,。,内陆局部风丰富区：,一些地区由于湖泊和特殊地形的影响，形成一些风能丰富点，如鄱阳湖附近地区、湖北的九宫山和利川以及湖南八面山等地区，适合建设零星的中小型风电场。,海上风能丰富区,中国海上风资源,海上风电具有,不占用土地资源、受环境制约少、风电机组容量更大、年利用小时数更高、更具规模化开发的特点,，使得近海风力发电技术成为近来研究和应用的热点。,我国海上可开发和利用的风能储量约,210,5,MW,，海上风能资源丰富,，有巨大的蕴藏量和广阔的发展前景，,特别是东部沿海水深,50m,内的海域面积辽阔，距电力负荷中心很近，随着开发技术的成熟，海上风电必将成为我国东部沿海地区可持续发展的重要能源来源,。,江苏省海上风电开发布局图,海上风电,优势,我国,海上风,能资源,1.1.1,国外海上风电发展概况,目前国际上已建成且投入,商业运行的海上风电场基本上都在欧洲,，这主要是由于,欧洲基本不受台风的影响，发展海上风电场具有优势条件,。自,20,世纪,80,年代起，欧洲开始积极探讨海上风电开发的可行性。,瑞典,于,1990,年,安装了,第一台实验性海上风电机组,，离岸,350m,，水深,6m,，容量为,220kW,，该机组,1998,年停运。,1997,年开始在海上建立,5,台,600kW,的风电机组。,2000,年，兆瓦级风电机组开始在海上应用示范，并规划筹建,11,座海上风电场，至,2008,年已建成,15,座海上风电场。,国外海上风电总体情况,瑞典,1.1.1,国外海上风电发展概况,丹麦发展海上风电也,较早,，全国有,6%,的用电来自近海风电场。,1991,年丹麦在波罗的海洛兰岛西北沿海附近建成了世界上第一个海上风电场，,安装,11,台,450kW,风电机组，,1995,年又建成,10,台,500kW,海上风电机组，,2003,年还建成了当时世界上最大的近海风电场,，共安装,80,台,2.0MW,风电机组。出于对环境的考虑，丹麦的海上风电场只关注那些偏远的水深在,511m,之间的海域，所选的区域须在国家海洋公园、海运路线、微波通道、军事区域等之外，距离海岸线,7,到,40km,，使岸上的视觉影响降到最低。根据丹麦政府能源计划法案，,2030,年以前丹麦风力发电量将占全国总发电量的,50%,，其中，近四分之一的风力发电量是由海上风电供给，最近,，,丹麦政府提出到,2050,年全部摆脱对化石能源的依赖。,丹麦,1.1.1,国外海上风电发展概况,德国是欧洲地区风力发电的主阵地,，由于缺乏合适的场地，德国陆上风电场的新建工作将在今后十多年中减缓，,从而转向海上风电场的强制建设,，目前已在,12,英里开外的深水地区，以及近海地区都建造了风电场。,德国海上风电场。,德国,根据德国,2002,年公布的战略纲要，到,2030,年的长期目标中，包括德国海岸地区、专属经济区（,EEZ,）和国土外围,12,英里范围内将达到,2.510,4,MW,的安装容量，产生,7085TWh,的电力，达到,1998,年电力需求的,15%,。,最近德国提出到,2050,年,80%,的电力来自可再生能源、,60%,的能源来自可再生能源。,德国海上风电目标,1.1.1,国外海上风电发展概况,2003,年底，英国,3,个战略海域（利物浦海湾、沃什湾，以及泰晤士河）的,15,个工程,总装机容量逾,7000MW,，英国计划到,2030,年,开发建设,4.810,4,MW,的海上风电,。,2010,年达到,1500MW,装机容量的目标已经实,现。仅,在,爱尔兰东海岸地区,正在进行另外,6,座电场,的调研，,拟达到,1000MW,的装机容量。,到,2011,年底，欧洲已,建成,53,个海上风电场,，分布在比利时、丹麦、芬兰、德国、爱尔兰、荷兰、挪威、瑞典和英国海域，,装机容量达到,3813MW,，另有,5603MW,的风电场在建,。,英国,荷兰,欧洲总体状况,1.1.1,国外海上风电发展概况,2010,年全世界风电装机容量布局图,北美海上风电发展较晚,，,目前为止还没有较大规模的风电场真正投入运行。,加拿大,目前准备建设的最大的风电场是在安大略湖的,Trillium,风电场，装机容量为,414MW,。,美国,在,2012,年,1,月才在政策上基本确定支持尝试建立海上风电场,，目前在风能资源丰富的东海岸已经陆续有相关计划得到支持，比较大的是鳕鱼岬（,Cape Cod,）风电场，预计装机容量可达,454MW,。,北美海上风电,概况,加拿大,美国,1.1.2,国内海上风电发展概况,在海上风电方面，中国东部沿海风能资源可开发量,50,米高度约为,200GW,，,70,米高度约为,500GW,。,目前我国,已建成,的海上风电总装机容量约,250MW,。,上海东海大桥海上风电项目是我国首个大型海上风电项目，总装机容量,102MW,，采用,34,台,3MW,风电机组,，,2010,年,6,月全部并网发电，其二期项目,2011,年,10,月并网运行,1,台单机容量,5MW,的样机，为我国首台并网运行的最大单机容量风电机组。,江苏如东龙源海上风电场，是我国首个潮间带试验风电场，,总装机容量,32MW,，共安装,16,台海上试验机组，分别为,6,台,1.5MW,风电机组、,6,台,2.0MW,风电机组、,2,台,2.5MW,风电机组和,2,台,3.0MW,风电机组，,2010,年,9,月,28,日全部投产发电。,我国海上风能资源概况,我国海上风电场现状,1.1.2,国内海上风电发展概况,根据我国,2012,年,8,月发布的,可再生能源“十二五”规划,：,2015,年,中国海上风电将达到,5GW,，海上风电成套技术将形成并建立完整的产业链；,2015,年后将实现规模化发展，达到国际先进水平；,2020,年海上风电将达到,30GW,。,截止到,2012,年,8,月，我国已开展前期工作和,拟建的海上风电项目约,24,个,。,我国海上风电发展前景,1.2,海上风电机组基础结构,的,分类,及组成,海上风电机组通常由塔头（风轮与机舱）、塔架和基础三部分组成。,其中,海上风电场基础,对整机安全至关重要，,其结构具有重心高、承受的水平风力和倾覆弯矩较大等受力特点，,在设计过程中还须充分考虑离岸距离、海床地质条件、海上风浪以及海流、冰等外部环境的影响，从而导致,海上风电机组基础的造价约占海上风电场工程总造价的,20%30%,。,在充分考虑海上风电场复杂环境条件的基础上，慎重选择海上风电机组基础结构型式和合理设计是海上风电场建设的关键,海上风电基础组成,海上风电基础的特征,1.2,海上风电机组基础结构,的,分类,根据海上风电基础与海床固定形式划分：,桩承式,固定式,b),浮式：,主要用,于,50m,以上水深海域,重力式,适应的水深在,050m,海上风电基础的分类,桩承式基础结构受力模式和建筑工程中传统的桩基础类似，由桩侧与桩周土接触面产生的法向土压力承担结构的水平向荷载，由桩端与土体接触的法向力以及桩侧与桩周土接触产生的侧向力来承载结构的竖向荷载,。,1.2.1,桩承式基础,按,材料,分：,钢管桩基础,和,钢筋混凝土桩基础,；,按,结构形式,分：,单桩基础,、,三脚架基础、导管架基础,和,群桩承台基础,。,桩承式基础,桩承式基础分类,结构简单、安装方便,受海底地质条件和水深约束较大，水太深易出现弯曲现象，对冲刷敏感，在海床与基础相接处，需做好防冲刷防护，并且安装时需要专用的设备（如钻孔设备），施工安装费用较,高。,单桩基础,是,目前使用最为广泛的一种基础型式,，国外现有,的大部分海上风电场，如丹麦的,Horns Rev,和,Nysted,、爱尔兰的,Arklow Bank,、英国的,North Hoyle,、,Scroby Sands,和,Kentish Fla