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海上風機的主要組成部分_羅茨鼓風機

時間：21-04-21　　來源:錦工羅茨風機原創

海上風機的主要組成部分：【漲知識】海上風機基礎簡介

　　北極星風力發電網訊:根據風能資源普查成果，我國5～25米水深、50米高度海上風電開發潛力約2億千瓦；5～50米水深、70米高度海上風電開發潛力約5億千瓦。深海區域的風電開發潛力更是不可限量。而根據《風電發展“十三五”規劃》顯示：到2020年我國將建設海上風電1500萬千瓦（包括建成500萬千瓦，在建1000萬千瓦）。根據海上風能可開發量和規劃容量可見，海上風力發電潛力巨大。

　　下面小編就為大家介紹一下海上風力發電風機基礎的形式，其分類如下圖。

　　圖一：海上風機基礎分類

　　一、固定式海上風機基礎

　　固定式海上風機基礎主要適用于近海岸0-50m的水深。

　　1、單樁式基礎結構

　　單樁式結構形式是比較簡單常用的支撐結構形式。塔架直接由基礎樁腿支撐或者通過過渡段把兩者連接起來，塔架、樁腿以及過渡段都是圓柱形的鋼鐵管件。樁腿一直插到海底以下，插入的距離可根據實際的環境載荷以及海底的地質條件確定。除了結構簡單外，單樁腿型的優點在于可用在上層泥土流動的海底以及受淘空影響的海況。當然它也有缺點，在水深較深時這種結構的柔性很大，支持結構上端過大的偏移量以及振動是其發展的限制條件。

　　單樁式基礎結構適用條件：適合于0～25m的水深范圍。

　　圖二：單樁式基礎結構

　　2、導管架基礎結構

　　導管架結構形式通常有 3 或 4 個樁腿，樁腿之間用撐桿相互連接，形成一個有足夠強度和穩定性的空間鋼架結構。樁腿在海底處安裝有軸套，地樁通過軸套插到海底一定深度從而使整個結構獲得足夠的穩定性。

　　導管架基礎結構適用條件：適用水深為 20～40m。

　　圖三：導管架基礎結構

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海上風機的主要組成部分：海上風電場的基本構成及其建造方式是怎樣的？

　　本題已收入知乎圓桌 ? 「能」見蔚藍，歡迎關注討論~

　　本回答的場景應用【】，先感受一下！！

　　世界上最早的海上風電場是丹麥于1991年在 Vindeby 建成并投入使用，該風電場由11個功率為450kW 的風電機組組成。目前，在傳統資源形勢日益嚴峻的情況下，海上巨大的風力資源業已引起各國的關注。歐洲多個國家已建立多個海上風力發電廠而且規模巨大，其數據可參考【Global Offshore Wind Farms Database → Global Offshore Wind Farms Database】

　　1. 海上風電場的構成

　　一個完整的海上風電場一般由一定規模數量的風電機組和輸電系統構成。

　　1.1 風電機組

　　單個的風電機組包括葉片、風機、塔身和基礎部分。

　　1.1.1 葉片和風機

　　風機的工作原理是空氣動力學原理。風并非"推"動風輪葉片，而是吹過葉片形成葉片正反面的壓差，這種壓差會產生升力，令風機旋轉并經過齒輪箱進而帶動風力發電機轉子。由此，葉片和風機將風的動能（即空氣的動能）轉化成發電機轉子的動能，然后再將轉子的動能又轉化成電能輸出。

　　[風機的工作原理]

　　1.1.2 塔身

　　風電機組塔身一般由空心管狀鋼材制成，設計主要考慮在各種風況下的剛性和穩定性，根據安裝地點的風況、水況和風輪半徑條件決定塔身的高度，使風葉片處于風力資源最豐富的高度。

　　1.1.3 基礎

　　風電機組基礎結構的主要作用是固定風電機組，有四種基本形式：陸地基礎、單樁基礎、基腳架基礎和浮式基礎，其使用范圍和具體結構如下圖所示。[風電機組基礎結構的四種基本形式-適用范圍]

　　[風電機組基礎結構的四種基本形式-具體結構]

　　陸地基礎-該基礎結構是海上風電場采用的第一種基礎結構，主要是靠體積龐大的混凝土塊的重力來固定風機的位置。

　　單樁基礎-該基礎結構適用于<30m的中水域，利用打樁、鉆孔或噴沖的方法將樁基安裝在海底泥面以下一定的深度，通過調整片或護套來補償打樁過程中的微小傾斜以保證基礎的平正。

　　基角架基礎-該基礎結構適用于30m~60m的中水域，較單樁基礎結構更為堅固和多用，但其成本較高。

　　浮式基礎-該基礎結構適用于>60m的深水域，由于其不穩定，意味著僅能應用于海浪較低的情況。1.2 海上風電場的輸電系統

　　迄今為止已建成海上風電場大部分采用高壓交流輸電系統（HVAC），其由以下幾部分組成：交流集電線路，海上升壓站和無功補償設備，海底電纜，陸上變電站和無功補償設備。通過交流集電線路將各個風力發電機組產生的電收集起來，再通過海上升壓站將電壓升高，然后通過海底電纜將電輸送到岸上變電站。此外，基于電網換相換流器（LCC）的直流輸電系統被廣泛應用于陸上長距離輸電和海底電纜等領域，技術較為成熟，也可被運用到海上風電輸電領域。

　　[海上風電場的輸電系統]

　　2. 海上風電場的建造

　　2.1 海上風電機組的安裝平臺

　　海上風電機組的安裝可通過千斤頂駁船或者浮吊船完成，其具體形式分別如下圖所示。

　　[浮吊船]

　　[千斤頂駁船]

　　2.2 海上風電機組的安裝方式

　　根據歐洲地區海上風電場施工工程公開的Opti-OWECS報告，海上風電機組的安裝方式主要有三種：千斤頂安裝(Jack- up Installation)，半沉式安裝(Semi-Submersible Installation)和漂浮式安裝(Float-Over Installation)。其中的選擇取決于海水深度、起吊機的能力和駁船的載重量。

　　[千斤頂安裝(Jack- up Installation)]

　　[半沉式安裝(Semi-Submersible Installation)]

　　[漂浮式安裝(Float-Over Installation)]

　　2.3 海上風電機組的安裝過程

　　海上風電機組的安裝過程一般分成兩個部分，首先是地基建設，然后是風機在地基上的安裝。

　　通常風機的部件先在陸上裝配好，然后再運載到海上風電場，依次進行風機基礎結構安裝、塔身安裝、機艙安裝和葉片安裝等，其具體過程可參照如下視頻。

　　[風機在地基上的安裝過程]

　　ps,文中圖片均來自網絡.

　　一般般啦。現在有些公司研發了好多施工技術，基礎及風機安裝。

　　討論施工技術，最好是把風機、基礎、風機安裝放到一起系統地看。

　　非深海區的固定式基礎分為樁基礎和非樁基礎。

　　所謂樁基礎指需要依靠深入海床的基礎與周圍海床土體的摩擦力來支撐基礎抗傾覆的基礎，大多樁基入泥很深，例如單樁、桁架、tripod/tripile、低樁/高樁承臺。

　　非樁基礎則主要包括重力式基礎、負壓筒基礎。

　　浮式基礎：須有一定的水深。聽說目前最牛的可以在30米水深就能用浮式的。不過沒有工程實例。

　　非樁基礎

　　例如strabag，巨牛的公司，做重力式基礎，在岸邊把風機就安裝到基礎上，然后一起運到海上安裝，接駁海纜即可。當然重力式基礎僅適用于硬質海床。安裝前，海床的預處理也是比較麻煩的；也有其他公司用重力式基礎的，例如比利時的thorntonbank項目。負壓筒基礎一定是軟質海床才行，不然負壓筒沒法入泥，丹麥DONG也在試驗負壓筒基礎，測風塔級別的負壓筒基礎早就做過了，OK的，但風機級別的負壓筒基礎也是剛做好不久，不好說。

　　國內大多海域多位軟質海床，重力基礎很難。樁基礎也能用的。

　　不過負壓筒基礎應該會更有前途。原因嘛一海上安裝作業容易（對在行的人吶），這點在海上施工很重要（某開發商單樁施工一周一個）；黃海地區一般一年有效工作日不過150天。在有限的時間內提高施工效率和作業面、改進設備降低對施工條件的要求是兩個路子。第一點容易，負壓筒基礎較容易滿足。第二點，難。二施工機具少。在基礎下沉過程中，一個小浮吊扶下確保垂直入泥即可；三、無殘余拆移。反向作業，充氣即可。這點也是目前歐洲一些服役期滿的海上風電場所暴露的問題，即拆移成本很高。四、萬一惡劣工況，地震、臺風或怎么樣，基礎歪了，負壓筒基礎還可以重新調平。五、負壓筒基礎可以考慮如重力式基礎那樣，把風機也在岸邊先裝，然后一起拖到現場安裝。不過木有工程實例呀。但聽說這種基礎對施工技術要求高。

　　樓上已經回答的很全面了，我稍微補充一下英國的風電場的具體劃分（英國目前應該是世界上Offshore Wind Farm 發展相對成熟的市場了）。如下圖所示: 整個風電系統大致可以分為7個部分：1. Wind Turbine （發電機） 2. Wind Turbine Foundation （風電基礎）, 3. Array Cables （矩陣電纜？） 4. Offshore Substations （海上配電站）, 5. Export Cables （海底電纜）, 6. Onshore Cables （電纜）, 7. Onshore Substations（配電站）. 之后并網。

　　項目建成后，1－3歸項目開發商運營和維護，4-7歸OFTOs (Offshore Transmission Owners)運營和維護。

海上風機的主要組成部分：海上風電場風機基礎結構的制作方法

　　專利名稱：海上風電場風機基礎結構的制作方法

　　技術領域：

　　本實用新型涉及一種海上風電場的風機基礎結構。

　　背景技術：

　　風電場按建設場地可分為陸上及海上。與陸上風電場相比，海上風電場具有風速大、有效發電時間長和不占用陸地等優點。我國海上風電場建設正處于起步階段，即將迎來快速發展階段。風電機組基礎設計和施工是海上風電場建設的關鍵工作，也是影響海上風電場投資的關鍵因素。受海洋潮汐、波浪、水流影響，以及風電機組安裝和運行期間的特殊要求，海上風電機組基礎設計和施工難度高，運行期間通航區域附近風機基礎容易遭受船舶撞擊等影響。因此，海上風機基礎的設計需要考慮海洋環境下基礎結構施工便利、風機安裝方便、基礎防撞性能好、造價合理等因素。目前，已建海上風電場的風電機組基礎結構型式主要有3種1、單樁基礎在海床中直接打入一根大直徑鋼管樁作為風電機組的基礎。目前已建成的海上風電場中絕大部分都采用單樁基礎。單樁基礎的主要優點是結構型式簡單、施工方便。主要缺點是適應性不強隨著風電機組制造技術的快速發展，單機容量不斷增大，需要的單樁直徑越來越大，樁基施工難度也隨之增大；單樁基礎水平剛度相對比較低，在海床地質條件比較差的地方難以滿足風機對水平變形的要求。2、多樁導管架平臺基礎采用與海洋石油導管架平臺類似的結構，先在海床中放置一個由鋼構件組成的鋼結構平臺，然后通過平臺上的樁腿套管打入鋼管樁。多樁導管架基礎是為了適應風電機組單機容量不斷增大對基礎剛度更高的要求而采用的一種基礎結構型式，其優點是水平剛度大。主要缺點是由于采用鋼結構導致造價昂貴，后期運行維護費用高；由于采用先放置導管架后打樁的方式，在打樁之前和打樁過程中，導管架受波浪水流作用難以精確調平定位，難以滿足上部風機高聳結構吊裝對基礎提出的嚴格的平整度要求，需要采用附加的連接件進行二次調平，增加了施工難度和結構的復雜性。3.混凝土重力式基礎在海床上直接放置一個大體積的混凝土結構作為風機基礎，依靠基礎自重在海床基礎面產生的摩擦力來抵抗水平荷載，維持基礎穩定。混凝土重力式基礎的適應性比較差，其應用的水深有限，而且要求海床地基條件好，能夠承受巨大的基底壓力。另一方面，混凝土疲勞強度比較低，完全依靠混凝土承擔上部風電機組長期循環荷載需要的結構截面比較大。綜上所述，由于海上風電場建設的復雜性，目前已提出的幾種海上風電機組基礎結構型式都存在不同的缺陷，為適應我國大規模海上風電場建設要求，需要提出一種對風機單機容量和海床地基適應性強、安全可靠、施工難度低、容易滿足風機安裝特殊要求以及經濟性合理的海上風電機組基礎結構型式。

　　實用新型內容本實用新型要解決的技術問題是提供一種對風機單機容量和海床地基適應性強、安全可靠、施工難度低、造價經濟合理的海上風電場風機基礎結構。為了解決上述技術問題，本實用新型采用以下技術方案一種海上風電場風機基礎結構，包括多根樁基礎，所述樁基礎的上端連接一個鋼筋混凝土承臺，鋼筋混凝土承臺的上面固定安裝一個過渡段，鋼筋混凝土承臺與過渡段之間設有緩沖墊。優選地，所述過渡段的下端埋設在鋼筋混凝土承臺內。優選地，所述樁基礎的數量為八根。優選地，所述過渡段的下端通過鋼連接件與樁基礎的上端固定連接。優選地，所述鋼筋混凝土承臺的上面還設有工作平臺。優選地，所述鋼筋混凝土承臺的底部外沿設有向下延伸的防撞挑板。優選地，所述鋼筋混凝土承臺的下面還設有封底混凝土。優選地，所述鋼筋混凝土承臺的側面設有防撞護舷。優選地，所述鋼筋混凝土承臺的側面設有靠泊設施。本實用新型的優點在于(1)鋼筋混凝土承臺的設計高程根據可能發生的船舶撞擊位置確定，承臺將多根樁基礎聯合形成整體，提高了船舶撞擊時基礎結構的防撞能力。(2)鋼筋混凝土承臺底部外沿設置向下延伸的防撞挑板結構，起到防止低水位時小型船舶由于干舷高度低而可能進入承臺底部撞擊樁基的作用。為降低在低水位時防撞挑板的施工難度，防撞挑板可采用預制混凝土結構或鋼結構。(3)如果在樁基礎上先澆筑封底混凝土平臺，形成一個牢固的支撐結構面，為過渡段的固定和調平提供一個可靠的支撐結構，容易滿足風機塔筒安裝對過渡段頂面水平度的要求。(4)設置在過渡段與樁基礎之間的鋼連接件增強了承臺的抗拉和抗疲勞能力，提高了海上風電機組基礎的安全可靠性。(5)在鋼筋混凝土承臺與過渡段之間設有緩沖墊，當風機塔筒(包括過渡段)受力變形時，緩沖墊可以避免混凝土因受擠壓而破壞，從而保證過渡段與鋼筋混凝土承臺的連接更加穩固。

　　以下結合附圖及具體實施方式

　　對本實用新型作進一步描述。

　　圖1是本實用新型海上風電場風機基礎結構示意圖。圖中1、鋼筋混凝土承臺 2、過渡段 3、樁基礎 4、封底混凝土 5、防撞挑板 6、靠泊設施 7、工作平臺 8、風機塔筒 9、防撞護舷10、鋼連接件 11、緩沖

　　具體實施方式

　　圖1所示，本實用新型包括多根打入海床面以下的樁基礎3，其上端露出海平面。在本實施例中，樁基礎3的數量為八根，以便形成一個全方位的穩固支撐。施工時，可以在樁基礎3的上端部先澆筑一個封底混凝土 4。封底混凝土 4澆筑完成后，就形成了一個牢固的支撐面，以便于在上面安裝過渡段2，調整過渡段2的水平度，使過渡段2頂面水平度滿足風機塔筒8的安裝要求。過渡段2采用鋼結構，過渡段2調平以后將其固定，其下端可以通過鋼連接件10與樁基礎3的上端固定連接。如不設封底混凝土 4，也可設置一臨時支撐架，用于安裝、調平過渡段2。過渡段2安裝好后，綁扎鋼筋混凝土承臺1的鋼筋，需要時預埋工作平臺7的基礎，然后在樁基礎3的上端澆筑一個鋼筋混凝土承臺1，鋼筋混凝土承臺1位于海平面以上，過渡段2的下端和每根樁基礎3的上端都被埋設在鋼筋混凝土承臺1內。在安裝和使用過程中，風機塔筒8連同底部的過渡段2在外力作用下，難免會發生變形或晃動，從而會對根部周圍的混凝土產生擠壓，這樣可能造成鋼筋混凝土承臺1的破壞，影響風機塔筒基礎的穩固性。因此，本實用新型在鋼筋混凝土承臺1與過渡段2之間設有緩沖墊11，緩沖墊11 由彈性材料制成，套在過渡段2的外面，以保護周圍的混凝土不致于被擠壓破壞。鋼筋混凝土承臺1的側面設置防撞護舷9，也可以設置靠泊設施6，以便于風電場運行維護服務船舶靠泊。為了防止船舶撞到樁基礎3，鋼筋混凝土承臺1的底部外沿可以設置向下延伸的防撞挑板5，如果有封底混凝土 4的話，防撞挑板5可以從封底混凝土 4的底部外沿向下延伸。防撞挑板5可以采用鋼結構、預制鋼筋混凝土結構或現澆鋼筋混凝土結構、預制型鋼混凝土結構或現澆型鋼混凝土結構。當采用現澆鋼筋混凝土結構或現澆型鋼混凝土結構時，防撞挑板5與鋼筋混凝土承臺1 (或封底混凝土 4) 一起澆筑；如果防撞挑板5采用預制鋼筋混凝土結構或預制型鋼混凝土結構，可以在安裝就位后將其外露鋼筋或鋼構件澆入鋼筋混凝土承臺1(或封底混凝土 4)。如果防撞挑板5采用鋼結構，可以在鋼筋混凝土承臺1內設置預埋件，待鋼筋混凝土承臺1澆筑完成后再安裝防撞挑板5。防撞挑板5的底高程和平面尺寸應能滿足在設計低水位時，船舶不能撞到樁基礎3。鋼筋混凝土承臺1為風機吊裝提供一個牢固的工作面，風機吊裝時可以利用預埋在鋼筋混凝土承臺1上的支撐構件作為吊裝時的支撐、導向和緩沖。需要時，風機吊裝完成以后，在鋼筋混凝土承臺1的上面可以安裝工作平臺7。本實用新型是一種由高樁承臺和風機下部支撐過渡段等構成的組合結構，這種風機基礎結構采用鋼筋混凝土承臺增強了樁基礎的整體剛度，提高風機基礎防撞性能。本實用新型與已提出的其他海上風機基礎結構相比，具有結構安全性能高、施工方便、施工風險小、風機基礎結構調平容易實現等優點。

　　權利要求一種海上風電場風機基礎結構，包括多根樁基礎(3)，其特征是所述樁基礎(3)的上端連接一個鋼筋混凝土承臺(1)，鋼筋混凝土承臺(1)的上面固定安裝一個過渡段(2)，鋼筋混凝土承臺(1)與過渡段(2)之間設有緩沖墊(11)。

　　2.根據權利要求1所述的海上風電場風機基礎結構，其特征是所述過渡段(2)的下端埋設在鋼筋混凝土承臺(1)內。

　　3.根據權利要求1所述的海上風電場風機基礎結構，其特征是所述樁基礎(3)的數量為八根。

　　4.根據權利要求1所述的海上風電場風機基礎結構，其特征是所述過渡段(2)的下端通過鋼連接件(10)與樁基礎(3)的上端固定連接。

　　5.根據權利要求1所述的海上風電場風機基礎結構，其特征是所述鋼筋混凝土承臺 (1)的上面設有工作平臺(7)。

　　6.根據權利要求1所述的海上風電場風機基礎結構，其特征是所述鋼筋混凝土承臺 (1)的底部外沿設有向下延伸的防撞挑板(5)。

　　7.根據權利要求1所述的海上風電場風機基礎結構，其特征是所述鋼筋混凝土承臺 (1)的下面設有封底混凝土(4)。

　　8.根據權利要求1所述的海上風電場風機基礎結構，其特征是所述鋼筋混凝土承臺 (1)的側面設有防撞護舷(9)。

　　9.根據權利要求1所述的海上風電場風機基礎結構，其特征是所述鋼筋混凝土承臺 (1)的側面設有靠泊設施(6)。

　　專利摘要本實用新型公開了一種海上風電場風機基礎結構，包括多根樁基礎，所述樁基礎的上端連接一個鋼筋混凝土承臺，鋼筋混凝土承臺的上面固定安裝一個過渡段，鋼筋混凝土承臺與過渡段之間設有緩沖墊。鋼筋混凝土承臺的側面可以設置防撞挑板、防撞護舷和靠泊設施等。本實用新型是一種由高樁承臺和風機下部支撐過渡段等構成的組合結構，這種風機基礎結構采用鋼筋混凝土承臺增強了樁基礎的整體剛度，提高風機基礎防撞性能。本實用新型與已提出的其他海上風機基礎結構相比，具有結構安全性能高、施工方便、施工風險小、風機基礎結構調平容易實現等優點。

　　文檔編號E02D27/12GKSQ

　　公開日2011年1月19日申請日期2010年5月20日優先權日2010年5月20日

　　發明者張開華, 李彬, 林毅峰, 陸忠民申請人:上海勘測設計研究院;上海東海風力發電有限公司