1、1與陸上風(fēng)電場相比與陸上風(fēng)電場相比, ,海上風(fēng)電具有以下優(yōu)點(diǎn)：海上風(fēng)電具有以下優(yōu)點(diǎn)：l風(fēng)能資源儲(chǔ)量大、環(huán)境污染小、不占用耕地；風(fēng)能資源儲(chǔ)量大、環(huán)境污染小、不占用耕地；l低風(fēng)切變，低湍流強(qiáng)度低風(fēng)切變，低湍流強(qiáng)度較低的疲勞載荷；較低的疲勞載荷；l高產(chǎn)出：海上風(fēng)電場對(duì)噪音要求較低，可通高產(chǎn)出：海上風(fēng)電場對(duì)噪音要求較低，可通過增加轉(zhuǎn)動(dòng)速度及電壓來提高電能產(chǎn)出；過增加轉(zhuǎn)動(dòng)速度及電壓來提高電能產(chǎn)出；l海上風(fēng)電場允許單機(jī)容量更大的風(fēng)機(jī)，高者海上風(fēng)電場允許單機(jī)容量更大的風(fēng)機(jī)，高者可達(dá)可達(dá)5MW5MW10MW10MW。一、前言一、前言第1頁/共22頁2 海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組通常分為以下兩個(gè)主海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組通常分為

2、以下兩個(gè)主要部分：要部分：（1 1）塔頭（風(fēng)輪與機(jī)艙）塔頭（風(fēng)輪與機(jī)艙）（2 2）塔架）塔架（3 3）基礎(chǔ)（水下結(jié)構(gòu)與地基）基礎(chǔ)（水下結(jié)構(gòu)與地基）l與場址條件密切相關(guān)的特定設(shè)計(jì)；與場址條件密切相關(guān)的特定設(shè)計(jì)；l約占整個(gè)工程成本的約占整個(gè)工程成本的20%-30%20%-30%；l對(duì)整機(jī)安全至關(guān)重要。對(duì)整機(jī)安全至關(guān)重要。 一、前言一、前言支撐結(jié)構(gòu)第2頁/共22頁3 目前經(jīng)常被討論的基礎(chǔ)形式主要涵蓋參考目前經(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：浮式基礎(chǔ)，具體包括：l單樁基礎(chǔ)；單樁基礎(chǔ)； l重力式基礎(chǔ)；重力式

3、基礎(chǔ)； l吸力式基礎(chǔ)吸力式基礎(chǔ) ；l多樁基礎(chǔ)多樁基礎(chǔ) ；l漂浮式基礎(chǔ)漂浮式基礎(chǔ)二、海上風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)的形式二、海上風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)的形式第3頁/共22頁4單樁基礎(chǔ)（如圖單樁基礎(chǔ)（如圖2 2所所示）示） 采用直徑采用直徑3 35m 5m 的大直徑的大直徑鋼管樁，在沉好樁后，樁頂固鋼管樁，在沉好樁后，樁頂固定好過渡段，將塔架安裝其上。定好過渡段，將塔架安裝其上。單樁基礎(chǔ)一般安裝至海床下單樁基礎(chǔ)一般安裝至海床下10-20m10-20m，深度取決于海床基類，深度取決于海床基類型。此種方式受海底地質(zhì)條件型。此種方式受海底地質(zhì)條件和水深約束較大，需要防止海和水深約束較大，需要防止海流對(duì)海床的沖刷，不適合于流對(duì)海

4、床的沖刷，不適合于25m 25m 以上的海域。以上的海域。 二、海上風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)的形式二、海上風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)的形式圖 2 單樁基礎(chǔ)示意圖第4頁/共22頁5重力式基礎(chǔ)（如圖重力式基礎(chǔ)（如圖3 3所示）所示） 重力式基礎(chǔ)因混凝土沉箱重力式基礎(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，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，海底準(zhǔn)備，受沖刷影響大，且僅適用于淺水區(qū)域。且僅適用于淺水區(qū)域。 二、海上風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)的形式二、海上風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)的形式圖 3重力式基

5、礎(chǔ)示意圖第5頁/共22頁6吸力式基礎(chǔ)吸力式基礎(chǔ) 該基礎(chǔ)分為單柱及多柱吸力該基礎(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)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)用前施工時(shí)間，具有較良好的應(yīng)用前景，但目前僅丹麥有成功的安裝景，但目前僅丹麥有成功的安裝經(jīng)驗(yàn)，其可行性尚處于研究階段；經(jīng)驗(yàn)，其可行性尚處于研究階段；二、海上風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)的形式二、海上風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)的形式

6、第6頁/共22頁7多樁基礎(chǔ)（如圖多樁基礎(chǔ)（如圖4 4所所示）示） 利用小直徑的基樁，打入利用小直徑的基樁，打入地基土內(nèi)，樁基可以打成傾斜，地基土內(nèi)，樁基可以打成傾斜，用以抵抗波浪、水流力，中間用以抵抗波浪、水流力，中間以填塞或者成型方式連接。適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，僅存有得到真正的商業(yè)應(yīng)用，僅存在于部分試驗(yàn)機(jī)組。在于部分試驗(yàn)機(jī)組。二、海上風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)的形式二、海上風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)的形式圖 4 多樁式基礎(chǔ)示意圖第7頁/共22頁8懸浮式基礎(chǔ)懸浮式基礎(chǔ)l可安裝于風(fēng)資源更為豐富可安裝于風(fēng)資源更為豐富的深海海域（的深海海域（50-

7、200m50-200m）；）；l設(shè)計(jì)概念更為廣泛；設(shè)計(jì)概念更為廣泛；l建設(shè)及安裝方法靈活；建設(shè)及安裝方法靈活；l可移動(dòng)，易拆除；可移動(dòng)，易拆除；l常見的概念：柱形浮筒、常見的概念：柱形浮筒、TLPTLP和三浮筒。（圖和三浮筒。（圖5 5）二、海上風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)的形式二、海上風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)的形式圖 5 漂浮式基礎(chǔ)示意圖（NREL）第8頁/共22頁9二、海上風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)的形式二、海上風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)的形式對(duì)基礎(chǔ)類型選型的影響對(duì)基礎(chǔ)類型選型的影響l水深水深l土壤和海床條件土壤和海床條件l外部載荷外部載荷l施工方法與條件施工方法與條件l成本成本目前世界上的近海風(fēng)力發(fā)電機(jī)組大多數(shù)都采用重力混目前世界上的近海風(fēng)力

8、發(fā)電機(jī)組大多數(shù)都采用重力混凝土和單樁鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案。凝土和單樁鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案。第9頁/共22頁10三、基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)三、基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)內(nèi)容及流程設(shè)計(jì)內(nèi)容及流程風(fēng)電場布局風(fēng)電場布局基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)防沖刷設(shè)計(jì)防沖刷設(shè)計(jì)防腐蝕設(shè)計(jì)防腐蝕設(shè)計(jì)運(yùn)輸、安裝、連接運(yùn)輸、安裝、連接及維護(hù)方案及維護(hù)方案工程圖工程圖設(shè)計(jì)條件設(shè)計(jì)條件風(fēng)電機(jī)組校核風(fēng)電機(jī)組校核外部條件外部條件場址勘測場址勘測風(fēng)電機(jī)組風(fēng)電機(jī)組施工施工第10頁/共22頁11三、基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)三、基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)外部條件外部條件場址勘測場址勘測風(fēng)況測量風(fēng)況測量海況測量海況測量風(fēng)速風(fēng)速風(fēng)向風(fēng)向氣壓氣壓波浪波浪洋流速度、方向洋流速度、方向潮位潮位地質(zhì)勘測地質(zhì)

9、勘測海底地形（水深）海底地形（水深）地層剖面地層剖面土壤條件土壤條件場址條件數(shù)據(jù)庫場址條件數(shù)據(jù)庫分析分析極端風(fēng)速極端風(fēng)速風(fēng)速分布風(fēng)速分布湍流強(qiáng)度湍流強(qiáng)度風(fēng)切變風(fēng)切變波浪能量譜波浪能量譜H、T、V概率分布概率分布風(fēng)、浪方向分布風(fēng)、浪方向分布極端洋流極端洋流平均水位平均水位極端水位極端水位其他調(diào)研其他調(diào)研結(jié)冰結(jié)冰地震地震人類活動(dòng)人類活動(dòng)海床運(yùn)動(dòng)海床運(yùn)動(dòng)剪切強(qiáng)度剪切強(qiáng)度土壤剛度阻尼土壤剛度阻尼結(jié)冰程度結(jié)冰程度地震強(qiáng)度地震強(qiáng)度撞擊概率撞擊概率同步同步項(xiàng)目項(xiàng)目內(nèi)容內(nèi)容結(jié)果結(jié)果第11頁/共22頁12三、基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)三、基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)場址勘測場址勘測風(fēng)電場特定的外部條件風(fēng)電場特定的外部條件近海風(fēng)力

10、發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì)依據(jù)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)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)風(fēng)電機(jī)組設(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)風(fēng)電機(jī)組的設(shè)計(jì)依據(jù)(如如IEC61400-1)設(shè)計(jì)條件及載荷工況設(shè)計(jì)條件及載荷工況全系統(tǒng)載荷計(jì)算全系統(tǒng)載荷計(jì)算極限狀態(tài)分析極限狀態(tài)分析結(jié)構(gòu)安全性判定結(jié)構(gòu)安全性判定結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成疲勞分析疲勞分析NONO尾流影響尾流影響第12頁/共22頁13（一）海上風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)防腐蝕設(shè)計(jì)方法和要求（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)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

11、，可分為大氣區(qū)、浪濺區(qū)、水計(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：體實(shí)施方案如下：三、基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)三、基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)防腐蝕設(shè)計(jì)防腐蝕設(shè)計(jì)第13頁/共22頁141）對(duì)于基礎(chǔ)中的鋼結(jié)構(gòu)，大氣區(qū)的防腐蝕一般采）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)；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）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

12、用包覆玻璃鋼、樹脂砂漿以及包層保護(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)；覆合金進(jìn)行保護(hù)；3）水位變動(dòng)區(qū)平均潮位以下部位，一般采用涂層）水位變動(dòng)區(qū)平均潮位以下部位，一般采用涂層與陰極保護(hù)聯(lián)合防腐蝕措施；與陰極保護(hù)聯(lián)合防腐蝕措施；三、基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)三、基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)防腐蝕設(shè)計(jì)防腐蝕設(shè)計(jì)第14頁/共22頁15 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）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；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)。）泥下區(qū)的防腐

13、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）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。腐涂料或包覆玻璃鋼防腐。三、基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)三、基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)防腐蝕設(shè)計(jì)防腐蝕設(shè)計(jì)第15頁/共22頁16（二）海上風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)防沖刷設(shè)計(jì)方法和要求（二）海上風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)防沖刷設(shè)計(jì)方法和要求 水流受基礎(chǔ)阻擋形成渦旋，進(jìn)而形成沖

14、刷坑。水流受基礎(chǔ)阻擋形成渦旋，進(jìn)而形成沖刷坑。海上風(fēng)機(jī)樁基周圍的沖刷將極大地威脅了它的安海上風(fēng)機(jī)樁基周圍的沖刷將極大地威脅了它的安全工作，所以海上風(fēng)機(jī)樁基周圍的局部沖刷防護(hù)全工作，所以海上風(fēng)機(jī)樁基周圍的局部沖刷防護(hù)具有很大的必要性。海上風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)沖刷防護(hù)主要具有很大的必要性。海上風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)沖刷防護(hù)主要有以下幾種方法：有以下幾種方法：三、基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)三、基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)防沖刷設(shè)計(jì)防沖刷設(shè)計(jì)第16頁/共22頁171）樁基周圍采用粗顆粒料的沖刷防護(hù)方法：采）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)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：）樁基周圍采用護(hù)圈或

15、沉箱的沖刷防護(hù)方法：在樁基周圍設(shè)置護(hù)圈在樁基周圍設(shè)置護(hù)圈(薄板薄板)或沉箱可以減小沖或沉箱可以減小沖刷深度。刷深度。3）樁基周圍采用護(hù)坦減沖防護(hù)：采用適當(dāng)?shù)穆瘢痘車捎米o(hù)坦減沖防護(hù)：采用適當(dāng)?shù)穆裰蒙疃取挾鹊淖o(hù)坦以達(dá)到既安全又經(jīng)濟(jì)的置深度、寬度的護(hù)坦以達(dá)到既安全又經(jīng)濟(jì)的目的。目的。4）樁基周圍采用裙板的防沖刷方法：樁基周圍）樁基周圍采用裙板的防沖刷方法：樁基周圍采用裙板起到擴(kuò)大沉墊底部面積作用，將沖采用裙板起到擴(kuò)大沉墊底部面積作用，將沖刷坑向外推延。刷坑向外推延。三、基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)三、基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)防沖刷設(shè)計(jì)防沖刷設(shè)計(jì)第17頁/共22頁18四、東海大橋海上風(fēng)電場基礎(chǔ)設(shè)計(jì)認(rèn)證四、東海大橋海上風(fēng)電場基

16、礎(chǔ)設(shè)計(jì)認(rèn)證 東海大橋海上風(fēng)電東海大橋海上風(fēng)電場是中國第一個(gè)真正意場是中國第一個(gè)真正意義上的海上風(fēng)電場地，義上的海上風(fēng)電場地，總裝機(jī)容量總裝機(jī)容量102MW102MW。風(fēng)電。風(fēng)電場海域范圍距離岸線場海域范圍距離岸線8 813km13km。 可能面臨的挑戰(zhàn)：可能面臨的挑戰(zhàn)：1.1. 高海水流速；高海水流速；2.2. 松軟的地質(zhì)條件。松軟的地質(zhì)條件。圖6風(fēng)電場地理位置圖第18頁/共22頁19可能應(yīng)用到的依據(jù)：可能應(yīng)用到的依據(jù)：1. IEC61400-3：2006；2. DNV-OS-J101: 2004；3. GL Guideline（2005）；）；4. 海港水文規(guī)范海港水文規(guī)范JTJ 213-98；5. 港口工程荷載規(guī)范港口工程荷載規(guī)范JTJ 215-98；6. 海上固定平臺(tái)規(guī)劃、設(shè)計(jì)和建造的推薦作法海上固定平臺(tái)規(guī)劃、設(shè)計(jì)和建造的推薦作法 工作應(yīng)力設(shè)工作應(yīng)力設(shè)計(jì)法計(jì)法SY/T 10030-2004；7. 港口工程樁基規(guī)范港口工程樁基規(guī)范JTJ 254-98；8. 海港工程混凝土結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)規(guī)范海港工程混凝土結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)規(guī)范JTJ 275-2000；9. 風(fēng)電機(jī)組地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)定風(fēng)電機(jī)組地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)定（試行）（試行）FD 003-2007；等等等等四、東海大橋海上風(fēng)電場基礎(chǔ)設(shè)計(jì)認(rèn)證四、東海大橋海上風(fēng)電場基礎(chǔ)設(shè)計(jì)認(rèn)證第19頁/共22