风机基础几种形式与设计问题探析

《风机基础几种形式与设计问题探析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、风机基础几种形式与设计问题探析　　摘要：近年来，全球范围内的风能开发获得了大规模的发展，我国虽然风能资源丰富，利用潜力巨大，但只是最近几年在陆上风力发电方面取得一定的发展，海上的风力发电方面还只是刚刚起步。制约我国风力发电的技术因素有很多，其中风机基础就是其中一项重要的原因。为促进我国风电产业健康、快速发展，本文对风机基础设计展开研究，通过总结分析现有风机基础形式，提出了风机基础设计过程中几个关键问题，包括荷载的计算不明确、风机结构域基础的相互影响、设计方法的规划化、基础合理选型以及海上风机基础设计安装复杂等。风机基础的设计涉及大量需要攻克的难题，这些问题的解决将打通制约风电发展的瓶颈。关键词

2、：风机基础、基础形式、设计、关键问题中图分类号：TU7文献标识码：A文章编号：1前言9随着全球煤炭、石油、天然气等传统能源的日趋枯竭，能源供应安全和环境保护的压力，迫使人们开始关注可再生能源，作为清洁、可再生的风能开发利用收到高度关注[1]。风能具有节约资源、防止环境污染、可再生、具有大规模开发和商业化发展潜力等优点。国外像荷兰、英国、丹麦等国家的风电产业起步较早，发展较快。据统计，我国风能资源总储量为42.65亿千瓦时，技术可开发量为2.98亿千瓦时[2]。然而，守着巨大的风能利用潜力，我国的能源资源利用起步却非常晚，只在近几年通过借鉴和引进国外的先进技术，才得到了一定程度的发展。其中风力发

3、电的开发利用主要包括陆上和海上两大块，目前，我国主要开发的是陆上风电场，海上风电开发提上日程的时间尚不久；国外的风力发电机功率已经从最初的0.5MW到现在的5MW，且正在规划功率更大的下一代风力机，如此大的风机对基础提出了很高的要求。基础是风力发电机组的固定端，与塔筒一起将风机竖立在60~100米的高空，是保证风机正常发电的重要组成部分。在设计上，风机应归属高耸结构，对于一般高耸结构设计而言，采用的是简洁的结构形式，以尽量减少风荷载，但是风机的动力来源主要是风，要正常发电就要捕获足够的风力，这就使得基础不可避免要承受巨大的水平荷载[3]，较之传统的高耸结构设计有很大的差别，设计时要考虑地质情况

4、、风向影响。另外，风机基础也是造成风力发电成本高的主要因素之一，基础的成本约占总成本的10%~30%。探讨基础设计中的关键问题、提出合理的基础形式具有重要的理论意义和工程价值。2风机基础的几种形式9随着风力发电技术的日益成熟，风机基础也得到长足的发展。陆上风机的基础形式主要有重力式基础和桩基础；海上风机的基础形式主要包括重力式基础、桩基础、角架基础、浮动式基础以及吸力式沉箱基础。2.1重力式基础重力式基础为钢筋混凝土结构，靠重力来平衡风机上的水平荷载和弯矩[4]，如图1所示。这种结构简单，造价低，但尺寸和重量较大，多在陆上风电场使用，有方形、圆形、圆环形和八边形。图1重力式基础重力式基础也可用

5、于海上风电场，但基础的质量会随着水深的增加，从而增加建造成本，尤其是水深小于10米的海域，实践证明与其他基础形式相比，重力式基础在20米以内的海域使用在经济上是有优势的，对于超过20米的深海域，则需采用其他形式的基础[5]。设计上，重力式基础需进行地基反力计算、地基承载力复核、软弱下卧层验算、沉降和倾斜变形验算、抗倾覆验算、抗滑验算以及基础板结构的内力计算。除此之外，还需要考虑瞬间荷载作用下的倾覆力矩和基础的刚度。2.2桩基础9桩基础分为单桩基础和多桩基础。混凝土单桩基础（如图2a所示）由一个大直径混凝土圆柱组成，受力类似于水平桩；多桩基础（如图2b所示）则由群桩和承台共同抵抗倾覆力矩。图2(

6、a)单桩基础图2(a)多桩基础桩基础具有承载力高、稳定性好、沉降量小而均匀、沉陷速率低且收敛快等特性。由于风电场的场址多位于荒滩、丘岭、沿海滩涂和近海区域，地质条件较差，因此桩基础应用较广泛。图3海上单桩固定式基础值得一提的是海上桩基础通常采用单桩固定式，如图3所示。其直径比陆地上的要大，通常达到4米，未来可能达到6米。这种基础的最大优点是能明确定义风浪流形以及海冰成的荷载，而且形式简单，适合于20~25米的海域，在国外已成为风电机组安装的一种标准方案。2.3角架基础图4三角架基础脚架基础结构是由石油工业中采油平台塔架发展来的，由圆柱钢管构成（如图4所示），可设计成三腿、四腿、三腿加中心桩和四

7、腿加中心桩结构。适用于水深在30米以上的海域。由于其可以借鉴采油平台基础的成熟技术，因此在实际工程中也有应用，如我国东海大桥海上风电场采用的就是四脚架组合式基础[6]。2.4浮动式基础9浮动式基础是通过锚固系统锁住用来固定风机塔筒的盒式箱体，使其漂浮在海面上，其适用于50~100米的水深，且对地质条件没有任何要求，但其稳定性差，且平台与锚固系统的设计有一定难度。因此，该基础除英国的BlueH公司研