海上风力发电机 组基础设计
一、前言
全球海上风电场建设概况
截止到2019年2月7日，全球海上风电场 累计装机容量达到238,000MW，比上年增 加了21％。
中国
截至2019年底，中国的风电累计装机容量 达到44.7GW，首次居世界首位，亚洲的另 外一个发展中大国印度也首次跻身风电累计 装机容量世界前五位。
2）浪溅区和水位变动区的平均潮位以上部 位的防腐蚀一般采用重防蚀涂层或喷涂金属 层加封闭涂层保护，亦可采用包覆玻璃钢、 树脂砂浆以及包覆合金进行保护；
3）水位变动区平均潮位以下部位，一般采 用涂层与阴极保护联合防腐蚀措施；
三、基础的设计——防腐蚀设计
4）水下区的防腐蚀应采用阴极保护与涂层 联合防腐蚀措施或单独采用阴极保护，当单 独采用阴极保护时，应考虑施工期的防腐蚀 措施；
一、前言
海上风力发电机组通常分为以下三 个主要部分：
（1）塔头（风轮与机舱） （2）塔架 （3）基础（水下结构与地基）
与场址条件密切相关的特定设计； 支撑 约占整个工程成本的20%-30%； 结构 对整机安全至关重要。
二、海上风电机组基础的形式
目前经常被讨论的基础形式主要涵盖参考 海洋平台的固定式基础，和处于概念阶段 的漂浮式基础，具体包括：
图 4 多桩式基础示意图
④多桩基础（如图4 所示）
利用小直径的基桩，打入 地基土内，桩基可以打成 倾斜，用以抵抗波浪、水 流力，中间以填塞或者成 型方式连接。适用于较深 的水域。该设计还没有得 到真正的商业应用，仅存 在于部分试验机组。
二、海上风电机组基础的形式
图 5 漂浮式基础示意图（NREL）
目前世界上的近海风力发电机组大多数都采用重力 凝土和单桩钢结构基础设计方案。
三、基础的设计——设计内容及流 程
场址勘测
风电机组 风电机组校核
外部条件
风电场布局
设计条件
防腐蚀设计
基础结构设计
防冲刷设计
工程图
运输、安装、连接 及维护方案
施工
三、基础的设计——设计内容及流 程
场址勘测
项目 内容
风况测量
⑤悬浮式基础（如图5
所示）
可安装于风资源更为丰富 的深海海域（50-200m）；
设计概念更为广泛；
建设及安装方法灵活；
可移动，易拆除；
常见的概念：柱形浮筒、 TLP和三浮筒。（图5）
二、海上风电机组基础的形式
对基础类型选型的影响
水深 土壤和海床条件 外部载荷 施工方法与条件 成本
风速 风向 气压 ……
海况测量
同步
波浪 洋流速度、方向
潮位 ……
地质勘测
海底地形（水深） 地层剖面 土壤条件 ……
场址条件数据库 分析
其他调研
结冰 地震 人类活动 ……
结果
极端风速 风速分布 湍流强度 风切变
……
波浪能量谱 H、T、V概率分布 风、浪方向分布
……
极端洋流 平均水位 极端水位
……
海床运动 剪切强度 土壤刚度阻尼
2）桩基周围采用护圈或沉箱的冲刷防护方 法：在桩基周围设置护圈(薄板)或沉箱可以 减小冲刷深度。
3）桩基周围采用护坦减冲防护：采用适当 的埋置深度、宽度的护坦以达到既安全又经 济的目的。
4）桩基周围采用裙板的防冲刷方法：桩基 周围采用裙板起到扩大沉垫底部面积作用， 将冲刷坑向外推延。
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的海域。
二、海上风电机组基础的形式
图 2重力式基础示意图
②重力式基础（如 图2所示）
重力式基础因混凝土沉箱 基础结构体积大，可靠重 力使风机保持垂直，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 冲刷影响大，且仅适用于 浅水区域。
二、海上风电机组基础的形式
图 3 吸力式基础示意图
单桩基础； 重力式基础； 吸力式基础 ； 多桩基础 ； 漂浮式基础
二、海上风电机组基础的形式
图 1 单桩基础示意图
①单桩基础（如图1所 示）
采用直径3～5m 的大直径 钢管桩，在沉好桩后，桩顶 固定好过渡段，将塔架安装 其上。单桩基础一般安装至 海床下10-20m，深度取决 于海床基类型。此种方式受 海底地质条件和水深约束较 大，需要防止海流对海床的 冲刷，不适合于25m 以上
③吸力式基础（如图3所 示）
该基础分为单柱及多柱吸力式沉 箱基础等。吸力式基础通过施工 手段将钢裙沉箱中的水抽出形成 吸力。相比前面介绍的单桩基础， 该基础因利用负压方法进行，可 大大节省钢材用量和海上施工时 间，具有较良好的应用前景，但 目前仅丹麦有成功的安装经验， 其可行性尚处于研究阶段；
二、海上风电机组基础的形式
5）泥下区的防腐蚀应采用阴极保护。
6）对于混凝土墩体结构，可以采用高性能 混凝土加采用表面涂层或硅烷浸渍的方法； 可以采用高性能混凝土加结构钢筋采用涂层 钢筋的方法；也可以采用外加电流的方法。 对于混凝土桩，可以采用防腐涂料或包覆玻 璃钢防腐。
三、基础的设计——防冲刷设计
1）桩基周围采用粗颗粒料的冲刷防护方法： 采用大块石头等粗颗粒作冲刷防护
……
结冰程度 地震强度 撞击概率
……
……
三、基础的设计——设计内容及流 程
场址勘测 风电场特定的外部条件 近海风力发电机组设计依据
基础设计 设计条件及载荷工况
全系统载荷计算
风电机组的设计依据 (如IEC61400-1)
风电机组设计
尾流影响
极限状态分析
疲劳分析
结构安全性判定
NO
NO
结构设计完成
三、基础的设计——防腐蚀设计
（一）海上风机基础防腐蚀设计方法和要求
无论何种结构型式，海上风机基础的结 构材料为钢材或钢筋混凝土，其防腐蚀设 计应根据设计水位、设计波高，可分为大 气区、浪溅区、水位变动区、水下区、泥 下区，各区区别对待。具体实施方案如气区的防腐蚀 一般采用涂层保护或喷涂金属层加封闭涂层 保护；