海上风电场+风机基础介绍.docxVIP

海上风电场风机基础介绍技术服务中心业务筹备部前言近年来，国家对清洁能源特别是风电的发展在政策上给予了很大支持，使得中国风电得到蓬勃发展。风力发电作为新能源领域中技术最成熟、最具规模化开发条件和商业化发展前景的发电方式，获得了迅猛发展。随着风电机组从陆地延伸到海上，海上风电正成为新能源领域发展的重点。本文结合国内外海上风电场具体的风机基础，对现有的海上机组的基础类型逐一介绍，目的是对海上风机基础形成一个初步的了解，为公司日后的海上服务业务做铺垫。目录1风机基础类型41.1 重力式基础41.2 单桩基础61.3 三脚架式基础81.4 导管架式基础101.5 多桩式基础111.6 其他概念型基础122海上风力发电机组基础维护14风机基础类型1.1 重力式基础重力式基础,顾名思义是是靠重力来追求风机平衡稳定的基础,重力式基础主要依靠自身质量使风机矗立在海面上,其结构简单，造价低且不受海床影响，稳定性好。缺点是需要进行海底准备，受环境冲刷影响大，且仅适用于浅水区域。优点是不需要打桩，直接减少了施工噪声。如图1-1所示。图1-1 重力式基础示意图世界上早期的海上风电场都是采用的重力式，钢筋混凝土结构，其结构原理较简单，适合水比较浅的区域，适用水域0-10m，重力式基础造价成本相对比较低，其成本随着水深的增加而增加，不需要打桩作业。重力式基础的制造过程是在陆地上，通过船舶运输到指定地点，基础放置之前要对放置水域地面进行平整处理，凿开海床表层。基础放置完成之后用混凝土将其周边固定。Thornton Bank海上风电场是比利时第一个海上风电场，也是世界上第一个使用重力底座的商业海上风电场。该风电场位于比利时海岸线以北27-30公里处，水深12-27.5米。该风电场使用重力底座，钢筋水泥结构，中空，建造和运输重量在1200吨左右；安装后使用细沙或碎石填满，总重量超过6000吨。为了安装这种风电机底座，施工单位动用了总数超过100次各种船只和海上平台，其中包括当时（2007年）世界上做大的起重船Rambiz(最大起重重量3300吨)。图1-2就是在陆地上建设中的底座。图1-2 Thornton Bank海上风电场使用的底座Thornton Bank海上风电场施工过程：用挖掘船将安装风电机处的海底挖开大概4.5米深的坑，面积大约为50x70米；使用碎石将挖出的坑找平，平面误差不能超过5厘米（目的是使坑底部平整度达成一致）；用运输船将造好的底座运到安装点，并下沉；使用吸泵往底座中抽海砂，待水沙分离后将水抽出；使用细沙或者碎石将挖出的坑填满并夯实。重力式基础缺点：水下工作量大，结构整体性和抗震性差，需要各种填料，且需求量很大；重力性基础随着时间的长远，必然存在一个下沉的问题，这与其本身结构、风电场地质结构、施工方式有关；船舶运输、基础在海中施工成本大，费时费力，且需要运输基础底座沉箱的船舶要求很高；目前国内海上风电场没有使用重力式基础的案例，国外也基本不采用了此种基础建设方式。1.2单桩基础即“单根钢管桩基础(monopile)”，其结构特点是自重轻、构造简单、受力明确。单桩基础由一个直径在3～4.5m之间的钢桩构成。钢桩安装在海床下18～25m的地方，其深度由海床地面的类型决定。单桩基础有力地将风塔伸到水下及海床内。这种基础的一大优点是不需整理海床。但是，它需要防止海流对海床的冲刷，而且不适用于海床内有巨石的位置。该技术应用范围水深小于25m。大直径钢管桩方案结构受波浪影响相对较小。目前此种基础结构在国内外风电场应用很广泛，金风科技2.5MW机组潮间带响水项目风电场即使用此基础结构。图1-3 单桩基础示意图单桩达指定地点后，将打桩锤安装在管状桩上打桩直到桩基进入要求的海床深度；另一种则是使用钻孔机在海床钻孔，装入桩后再用水泥浇注。单基桩适用的海域通常比重力基础要深，可以达到20m以上。由于桩和塔架都是管状的，因此在现场它们之间的连接相比于其它基础更为便捷。在使用合适设备的情况下，单基桩的打桩过程比较简单。对于水深较浅且基岩离海床表面很近的位置单基桩是最好的选择，因为相对较短的岩石槽就可以抵住整个结构的倾覆力。而对于基岩层距离海床很远的情况，就需要将桩打得很深。另外对于坚硬岩石尤其是花岗岩海床来说，打桩过程需要增加成本甚至难以成行。图1-4为国内某海上风电场单桩基础示意图。图1-4 单桩基础结构示意图金风科技首批批量化潮间带海上项目风机基础也是使用此类型的基础,单桩基础结构较简单,施工也简单。目前地质单位已经完成地质勘探工作，打桩施工单位进入规划风电场后即可进行打桩工作。后续，业务筹备部将进行跟踪了解工作。单桩基础结构适用范围广泛，现目前为市场主流基础结构。基础生产工艺简单，施工成本低，施工过程简单易控制，施工单位经验丰富等优点，但是这不意味着单桩基础是