海上风电基础结构选型与施工工艺

海上风电基础结构选型与施工工艺

刘让 陈家集

中交路建海上工程有限公司 上海 201114

摘要：随着社会发展速度越来越快，我国在海上风电方面的基础结构选型上也有了更加严格的要求。对于海上风电机组以及海上风电场方面的建设等等一系列相关的技术和装备研究都处于初级阶段，而支撑海上风电最重要的基础结构设计就是风力机，它是一项非常关键的技术。所以本篇文章就主动针对于在海上风电的基础结构设计以及选型方面进行探究，结合海上风电的施工工艺进行对比分析，从而找出最基础形式的施工工艺，以及最适合我国海上风电施工设计等技术，进一步促进我国海上风电的发展。

关键词：海上风电；基础结构选型；施工工艺

引言：风力发电是世界上目前发展最快的一项绿色能源技术与陆地风力发电不同的是，海上风力发电机的资源更加丰富。对于陆地风力发电来说它所能够利用到的资源受到了一些限制，但是海上资源丰富，以及当今科学技术的不断进步，从而使得海洋逐渐成为了风力发电的主要市场之一。而海上风力发电机场目前属于一个大规模开发的过程，对于海上风力发电机场的投资比例来说国外的投资比例相较于国内更高，所以国内的研究成果也逐步向投资方面发展对于风电场来说，风机是最关键的部分也是成本所需最高的股份。因此来了解海上风电基础结构的选型是非常重要的，不仅对于成本来说是一项大的规模，同时对于海上风力发电机效率也是重中之重。

1国内外研究现状

海上风电场它主要的基础结构形式以及外形材料和安装方法配置等都分为了两种基本形式：桩承重力式、桶形系泊浮式基础结构形式。由于我国地域，地质条件多变也较为复杂，所以海上风电场的基础结构并不是固定的，甚至单一的某一种像是在特定情况下，以及不改变形式性质的情况下，所采取混合式的基础结构可以在很大程度上减少投资的成本，而对于国外来说，近些年来海上风电的基础结构也主要使用两种重力式：桩基式、桶式。其中使用单桩基础这项应用是最为普遍的，与国外海上风电场来说不同的是我国目前并没有真正意义上的海上风电场，我国的海上风电场是利用海上油田所闲置的到架结构，从而来建设的海上风机。海上风景和海上风电场还是有很大的不同，而真正的海上风电场则需要采用多装成台结构，这就是海上风机和海上风电场之间的差距，海上风机是因地制宜来进行建造，而海上风电场则是需要将海上风机排列在其海上风电场附近，从而来防止船舶发生碰撞，而设计的一种非常基础的类型，海上风机和海上风电场两者都具有很强的针对性。因此，我国目前的施工技术以及海域条件来说，选择海上风机的基础需要，根据地域条件以及成绩设备来进行选择。

2基础类型及施工工艺

2.1桶式基础

桶式基础也分为单桶三桶四桶这三种结构，形式桶是基础，是我国目前近二十年以来，在海洋工程方面应用最为广泛的一项基础形式，国外用同事基础也非常的广泛。例如在丹麦建设海上风电场时便首次使用了同行基础，它是一种形式翻转的桶，从而来利用负压原理将每一个桶的中心立柱与剪切板相连接，从而剪切板将中心立柱所乘载的负荷分配到每个桶，从而在来传入基础结构中去桶式基础。这项设计虽然被应用广泛，但是所需要考虑的因素较多，而且设计的难度较大，对于设计的成果也并不是唯一不变的。他会随着设计条件的变化而产生不同，因此利用桶式基础来进行海上风电厂建设的基础结构选型来说投资波动较大。对于同行基础来说，它在建设的过程中必须要保证负压和在喝，因此不太适用于冲刷海床以及炎性较大的海床滩涂地不能够确保总是完整的淹没基础结构，所以该类基础在滩涂地并没有办法正常使用。而且一旦使用的风险较大，所以桶式基础所使用的条件也有限，他必须要是用在水深为0到25米之内对一些分风险的分析并不完全，因此使用桶式基础是一定要考虑多方面的因素。

2.2重力式基础

这一工作原理主要依靠的是自身的重力从而使得风机可以在一定的垂直度上保持稳定的平衡，这一基础结构设计非常简单，但同时应用十分广泛，相对来说成本也较低，海上风机场则也应用了这一技术，这一技术在海上风机场上主要采用了钢筋混凝土沉箱重传统工艺技术，从而在其风电场内预支沉箱，然后再使用类似于气囊装置的亲服务漂到需要安装的位置。同时使用沙袋来增加重量，从而将其沉入海底这样的基础设备，在海风电场是非常广泛的，同时对于此基础设备进行施工之前，必须要进行清除淤泥的这项工作，要将表面的淤泥给清除干净，再通过基层挖泥，从而来及时抛石，抛石所采用的石头质量和大小也是有非常严格的要求，对重力式基础设施来说，他是一项体积大重量高的风机基础设施技术，同时高度也非常的高，所以在采用重力是基础设施时必须要将地理位置选在距离码头附近的预制场内进行预先制作完成，这样可以很大程度上减少，在路上运输距离首先耗费的时间和精力以及金钱，将其运输到码头，从而等待出运这样效率和质量要求会更高。对于路上出运来说，更多采用的是气囊，海上的运输采用的是浮吸力吊，同时对于海上运输来说也可以利用自身的富有稳定特点，从而来将其悬浮在水中。然后用拖轮牵引,拉至安装地点当基础安放到指定的位置后需要抛砂、碎石渣石或者卵石进行压载,回填时各个方面要均匀,以免造成基础倾斜、隔舱壁开裂,最上面用碎石和器土工布做一层倒虑层,然后浇筑混凝土。

2.3单立柱三桩

单立柱三桩风机基础又称为水下桩基融,其施工工艺的主要特点在于水下连接,具体步骤为以三根中等直径的钢管桩先在海底定位,然后将三根桩按等边三角形布设,椎顶通过钢套管支脚桁架结构,构成组合式基础施工顺序为,沉放三架,通过导管打桩,导管与基桩的水下连接(可采用关注高强度化学浆液),水下辉接達接,三角桁架为预制构件永受上部塔架荷载并将应力和力矩传递于三根钢桩,三脚桁架的预制纳构饼设设置数根水平和斜向钢连杆,其分别走接三根钢和于中的部坚向钢管,竖向钢管项端设法当凤架连接基础的优势在于,不但成功解决了单桩桩径过大的问题,而且成本介于单桩和三腿导管架结构之间,综合水深和地质条件等诸多因素适用范也比较广。

3海上风力基础设计流程

海上风机的基础设计研究是一个非常复杂的过程而影响海上风机基础结构选型的一个主要因素，就是海底土壤海床以及环境载荷和动力特性等一系列要求和因素。同时，对于风机载荷特性来说，海上与岸上也有不同的要求。其主要的表现是：海上风机的载荷不同于路上，风力记得在合成的海上风力机在和不仅要承受和路上风力及一样的惯性以外，还要承受重力在和空气动力在和运行在喝等一系列的载荷，同时还有额外的流体动力载荷，海冰载荷以及可能会遭受到船舶冲击载荷额外的载荷来源他的载荷压力远高于路上风力风力机的载荷程度。海上风力及载荷与海上建筑载荷也是不同的，因为海上封基的整体结构性比较高，所以我需要承受的风载荷更大具有更多的动态，响应一级非线性响应程度，但是对于海上封基的设计来说，他因为会受到疲劳载荷的限制，所以安全系数较低，可接受系数也较低。海上风机的寿命主要是有一组涵盖风机中所可能会经历到的重要的设计工况来决定的。而重要的设计工况，主要包括装配安装维修和一定同路的外部条件所组合而成的载荷工况，对于目前国际上所通用的海上，风力及载荷工况的标准，主要由标准指南和设计流程来决定。

结束语：

对于我国不同类型的基础结构所对应的施工工艺也是不同的。对于海上风电场的基础施工来说不仅所涉及到的技术难题非常多。同时所需要解决和研发的新课题核心方向也十分的多，所以我国要更多的去提高科学技术，从而进一步为海上风电场的开发作贡献。

参考文献：

[1]王革栋. 海上风电基础结构选型与施工工艺探讨[J]. 绿色环保建材, 2019, 146(04):235-236.

[2]李凤, 龙正如, 宋武,等. 海上风电基础结构设计及施工工艺优化[J]. 城市建设理论研究:电子版, 2015, 000(019):2469-2469.