海上风机基础形式与风机安装发展趋势

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1、海上风机基础形式与风机安装发展趋势引言　　　　海上风能具有湍流强度小、主导风向稳定、节约土地资源等优势。近年来，海上风力发电在欧洲获得较快的发展，已安装的海上风电机组容量已超过150万千瓦。但相对而言，目前对海上风力发电的技术研究很不够，其中尤其缺乏对海上风电场建设施工的有效技术支持。　　通过对陆上和海上风电场的投资成本结构分析可知，海上风电场的建设中风电机组设备成本所占的比例减小，而基础、设备安装和电力传输安装等海上作业的成本所占比例加大。因此，研究海上机组的基础施工和设备安装方法，对降低海上风电场总成本具

2、有重要意义。　　海上风电场的设备安装是一个复杂的系统工程，包括机组的基础施工技术、机组的预装配工艺、海上吊装技术、安装船舶的调度使用、电缆与海上变电站的布置等。　　由于海上设备安装的技术要求高，同时受到气候、天气、波浪、水流等随机因素制约，是目前限制海上风电技术和产业发展的重要因素。相关的施工设计和作业中任何失误，都有可能造成工期延误。而对于大部分海上风电场来说，安装只能在一定的季节范围进行，工期延误对整个工程会产生决定性的影响。　　因此，选择合适的安装方法对海上风电场的建设至关重要。在上述技术环节中，有关机

3、组基础施工技术的研究尤为重要。本文将结合丹麦HornsRev海上风电场和中国东海大桥海上风电场工程，对相关问题进行初步讨论。　　　　1　风电机组安装基础的类型　　　　海上风电机组的基础形式主要取决于水深和海底地质条件，同时与机组的安装方法有关。可选择的基础形式较多，主要有重力式基础、单桩或多桩基础、导管架基础、吸入沉箱基础和浮式基础等。在目前已建成海上风电场中，较多的应用了图1所示的重力式或单桩(多桩)式基础。　　　　1.1重力式基础　　一般而论，重力式基础适合水深度较浅的区域，但在过浅的区域可能会受到波浪的

4、影响。如图1a所示，重力式基础的沉箱大部分可在岸上制造完成，且不需要打桩，因而成本较低。　　在置放重力式基础前，通常需要对海底进行预先的平整处理，凿开海床表层换以层铺的沙砾层。此后，使用驳船运送或漂浮拖驳至场址，基础就位之后再用混凝土将其周边固定。　　重力式基础可分为混凝土重力式基础和钢结构重力式基础。混凝土重力基础的制造工艺简单，完全依靠自身的重力置于海底，适合于各种类型的海床。早期的海上风电场一般采用混凝土基础，但是由于其巨大的质量(如某工程的单个基础达1800吨)，给运输和安装施工带来很大的困难。钢结构

5、重力式基础虽然同样需要制作重力沉箱，但可根据海况设计和制造钢结构，在安装就位后，再根据需要向钢结构基础中浇注高密度的橄榄石压载，达到基础重力的设计要求，使其整体重量得以大幅度降低，更便于安装和运输。但钢制基础不适合腐蚀性强的海域。　　　　1.2单桩和多桩基础　　如图1b所示的桩式基础是海上机组的另一种常用基础形式。此类基础通常有两种施工安装方法，一种是在指定地点，采用打桩锤将管状桩基打人要求的海床深度；另一种是使用钻孔机在海床钻孔，装入桩后再用水泥浇注。　　与重力式基础比较，桩式基础通常适用于较深的海域，水深

6、可达到30m以上。由于桩基与塔架都为管状，因此在现场其间的连接更便捷些。但对于基岩层距离海床远或坚硬岩石海床，打桩的过程可能需要增加较多成本，甚至难以实施。　　　　对于水深度较浅且基岩离海床表面很近的位置，单桩式基础是最好的选择，相对较短的岩石槽即可以承受整个机组结构的倾覆力距。丹麦的HornsRev海上风电场即采用了单桩基础。单桩式基础还可以衍生出拉索塔单桩作为改良。　　多桩基础近年也得到一些工程的采用，我国东海大桥海上风电场即采用了此种基础形式。多桩基础的施工，需要将多根制作好钢管桩用船舶运到现场，然后由

7、现场打桩船打桩到要求的海床深度。利用桩桩基础，通过钢套箱模板浇注混凝土制作基础，再将多根桩连成整体。在基础满足强度要求后，将钢套箱进行拆除处理。　　通常多桩比单桩基础适用的海域要深些，且更适合于淤泥层较厚的海域。多桩基础采用的桩也相对较长，如东海大桥海上风电场所用桩长度超过了80米。　　　　2　海上风电机组安装船　　　　海上风电场的施工安装，无论是机组本体还是基础，都需要有相应能力的运输工具运送到风电场址，并配备适合安装方法的起重设备和定位设备。　　近年来欧洲一些海洋工程公司相继建造和改造了多艘专门用于海上风

8、电机组安装的工程船舶。在丹麦的HornsRev海上风电场施工中，即采用了世界上首艘风电机组专用安装船舶“五月花”号。该安装船于2004年开始服役，具备自升和自航能力，且具有较高的安装效率。　　“五月花”号安装船，属于采用单独安装方式的船舶。不仅具备安装能力，同时也拥有较大的载货能力。该船舶浅吃水、能适应恶劣天气，一次能够运载10台风电机组，具备一年安装200台风电机组的能力。　　“五月花”船的设计还