海上风电基础、技术、应用
海上风机基础形式
海上风机基础形式（原创实用版）目录一、引言二、海上风力发电基础形式概述1.定义及分类2.发展背景及意义三、海上风电机组基础结构1.现今主要形式2.各类基础结构的适用情况及优缺点四、海上风电基础的发展趋势五、结论正文一、引言随着全球气候变暖和能源价格的持续上涨，发展新能源和可再生能源已成为世界各国的共同关注。
其中，海上风力发电作为一种清洁、可再生的能源形式，得到了越来越多国家的重视。
为更好地推广和应用海上风电技术，本文将对海上风力发电基础形式进行分析和探讨，以期为海上风电场的建设提供借鉴和参考。
二、海上风力发电基础形式概述1.定义及分类海上风力发电基础形式是指支撑海上风电机组的建筑物或结构物。
根据不同的分类标准，海上风电基础形式可以分为以下几类：（1）固定式基础：包括单桩、群桩等类型，主要适用于浅海区域。
（2）漂浮式基础：主要包括单体漂浮式、群体漂浮式等类型，适用于深海区域。
（3）海底固定式基础：如海底电缆、海床锚等类型，适用于深海区域。
2.发展背景及意义随着全球能源消耗的持续增长和环境污染问题日益严重，各国政府纷纷提出发展可再生能源的战略目标。
海上风力发电具有资源丰富、占地面积小、对环境影响较小等优点，成为各国政府和企业竞相发展的领域。
海上风力发电基础形式的研究和创新，对于提高海上风电场的安全性、稳定性和经济性具有重要意义。
三、海上风电机组基础结构1.现今主要形式目前，海上风电机组的基础结构主要有以下几种：（1）单桩基础：单桩基础是海上风电场中最常见的一种基础形式，其结构简单，施工方便，适用于各种海况。
（2）群桩基础：群桩基础由多根桩基组成，可以提高风电机组的稳定性，适用于海况较恶劣的区域。
（3）漂浮式基础：漂浮式基础适用于深海区域，其主要特点是可以随着海浪的波动而上下浮动，以减小对海底的影响。
（4）海底固定式基础：海底固定式基础通过海底电缆、海床锚等结构将风电机组固定在海底，适用于深海区域。
2.各类基础结构的适用情况及优缺点（1）单桩基础：适用情况广泛，优点是结构简单、施工方便，缺点是对海况要求较高。
各种海上风电地基基础的比较及适用范围
各种海上风电地基基础的适用范围1 海上风电机组基础结构设计需考虑的因素海上风电机组基础结构设计中，基础形式选择取决于水深、水位变动幅度、土层条件、海床坡率与稳定性、水流流速与冲刷、所在海域气候、风电机组运行要求、靠泊与防撞要求、施工安装设备能力、预加工场地与运输条件、工程造价和项目建设周期要求等。
当前阶段国内外海上风电机组基础常用类型包括单桩基础、重力式基础、桩基承台基础(潮间带风电机组)、高桩承台基础、三脚架或多脚架基础、导管架基础等。
试验阶段的风电机组基础类型包括悬浮式、吸力桶式、张力腿式、三桩钢架式基础等形式，但仅处于研究或试验阶段。
基础型式结构特征优缺点造价成本适用范围安装施工重力式有混凝土重力式基础和钢沉降基础结构简单、抗风浪袭击性能好；施工周期长，安装不便较低浅水到中等水深（0～10m）大型起重船等单桩式靠桩侧土压力传递风机荷载安装简便，无需海床准备；对土体扰动大，不适于岩石海床高浅水到中等水深（0～30m）液压打桩锤、钻孔安装多桩式上部承台/三脚架/四脚架/导管架适用于各种地质条件，施工方便；建造成本高，难移动高中等水深到深水（>20m）蒸汽打桩锤、液压打桩锤浮式直接漂浮在海中（筒型基础/鱼雷锚/平板锚）安装灵活，可移动、易拆除；基础不稳定，只适合风浪小的海域较高深水（>50m）与深水海洋平台施工法一致吸力锚利用锚体内外压力差贯入海床节省材料，施工快，可重复利用；“土塞”现象，倾斜校正低浅水到深水（0～25m）负压下沉就位表1 当前常用风电基础形式的比较2 中国各海域适用风电基础形式的分析我国渤海水深较浅,辽东湾北部浅海区水深多小于10 m ,海底表层为淤泥、粉质粘土、淤泥质粉砂，粉土底部沉积物以细砂为主,承载力相对较大,可作持力层。
和粉砂层,承载力小,易液化,不适宜作持力层;而黄河口海域多为黄河泥沙冲淤海底,因此,渤海的大部分海域为淤泥质软基海底,冲刷现象也较为严重,且冬季有冰荷载的作用,不宜采用重力式基础和负压桶基础,可采用单桩结构。
各种海上风电地基基础的比较及适用范围
各种海上风电地基基础的适用范围1 海上风电机组基础结构设计需考虑的因素海上风电机组基础结构设计中，基础形式选择取决于水深、水位变动幅度、土层条件、海床坡率与稳定性、水流流速与冲刷、所在海域气候、风电机组运行要求、靠泊与防撞要求、施工安装设备能力、预加工场地与运输条件、工程造价和项目建设周期要求等。
当前阶段国内外海上风电机组基础常用类型包括单桩基础、重力式基础、桩基承台基础(潮间带风电机组)、高桩承台基础、三脚架或多脚架基础、导管架基础等。
试验阶段的风电机组基础类型包括悬浮式、吸力桶式、张力腿式、三桩钢架式基础等形式，但仅处于研究或试验阶段。
基础型式结构特征优缺点造价成本适用范围安装施工重力式有混凝土重力式基础和钢沉降基础结构简单、抗风浪袭击性能好；施工周期长，安装不便较低浅水到中等水深（0～10m）大型起重船等单桩式靠桩侧土压力传递风机荷载安装简便，无需海床准备；对土体扰动大，不适于岩石海床高浅水到中等水深（0～30m）液压打桩锤、钻孔安装多桩式上部承台/三脚架/四脚架/导管架适用于各种地质条件，施工方便；建造成本高，难移动高中等水深到深水（>20m）蒸汽打桩锤、液压打桩锤浮式直接漂浮在海中（筒型基础/鱼雷锚/平板锚）安装灵活，可移动、易拆除；基础不稳定，只适合风浪小的海域较高深水（>50m）与深水海洋平台施工法一致吸力锚利用锚体内外压力差贯入海床节省材料，施工快，可重复利用；“土塞”现象，倾斜校正低浅水到深水（0～25m）负压下沉就位表1 当前常用风电基础形式的比较2 中国各海域适用风电基础形式的分析我国渤海水深较浅,辽东湾北部浅海区水深多小于10 m ,海底表层为淤泥、粉质粘土、淤泥质粉砂，粉土底部沉积物以细砂为主,承载力相对较大,可作持力层。
和粉砂层,承载力小,易液化,不适宜作持力层;而黄河口海域多为黄河泥沙冲淤海底,因此,渤海的大部分海域为淤泥质软基海底,冲刷现象也较为严重,且冬季有冰荷载的作用,不宜采用重力式基础和负压桶基础,可采用单桩结构。
海上风电机组导管架基础水下灌浆技术应用分析
海上风电机组导管架基础水下灌浆技术应用分析我国是一个资源消耗大国，对于电力资源需求极为庞大。
在资源需求和环境保护的压力下，寻找电力资源的目光瞄向了风力发电。
我国的海上风力资源充足，建立起了海上风电机组，进行风力发电已是一种必然趋势。
在海上建立发电机组需要用到导管架基础水下灌浆技术，导管架基础需要能够承受风电机组设备的长期动力荷载，这就要求导管架基础灌浆具备高强度、高抗疲劳、高抗离析等性能。
面对不同的海域情况，又要进行区别对待，我们因此对海上风电机组导管架基础水下灌浆技术进行研究分析。
标签：海上风电机组；导管架基础；水下灌浆技术0 引言随着科技的不断发展，人们对于能源的需求也是越来越大。
在使用水力、燃煤和核能发电的同时，风力发电也相对应用而生。
我国的辽阔海域上风力资源充足，建立起海上发电机组，可以为沿海城市提供电能。
海上风力发电机组建立在海上，基础形式大多为桩式基础，桩式基础又可以分为单桩基础，多桩导管架基础等形式。
这些基础都建立在海水中，我们使用的是先进的水下灌浆技术，然而不同的海域条件还会对技术有不同的要求。
一些复杂的海域条件，会导致水下灌浆难度提升，对海上风电机组基础的支撑结构安装起到不良影响。
在这里我们对导管架基础水下灌浆技术进行研究。
1 导管架基础结构导管架基础是一种应用较为广泛的海上风电机组，具有重量轻、地理条件适应性好和稳定性极佳等优点，在较深海域也可以广泛应用。
导管架结构是一种钢制框架结构，主要分为过渡段和导管架基础。
导管架基础一般分为先打桩导管架和后打桩导管架两种结构形式。
先打桩导管架是在海底先做出固定模架，然后打入四根呈正方形分布的钢管桩，然后再进行整体吊装，之后进行水下灌浆，连接并固定钢管桩和导管架基础。
另外的后打桩导管架则是在导管架的支腿底部安置桩靴，在导管架吊装结束后，钢管桩通过桩靴打入海底，在进行水下灌浆连接起来。
2 导管架基础水下灌浆材料灌浆使用的灌浆材料可以是普通混凝土浆，也可以是高强灌浆料。
海上风力发电的关键技术
海上风力发电的关键技术１、概述随着海上风电场建设的推进，一些关键技术左右了海上风电场建设的施工周期，掌握了这些关键技术，就能够高质量地完成海上风电场的建设。
海上风电涉及诸多关键技术，以及开发运营、环境和市场潜力。
海上风能项目评估，涉及环境评估、风能评估等。
２、关键技术（1）基础结构由于风电机组的基础往往会承受水动力、空气动力双重载荷作用，因此，需要综合考虑风及波浪载荷、支撑结构和风电机组机头的动力学特性以及风电机组控制系统的响应等因素。
海上风电机组的安装与维护成本远远高于陆上风电机组，这就对其可靠性提出了较高的要求。
风电机组的基础是决定风电机组可靠性的重要因素之一，基础是否稳定对于海上风电机组而言起着至关重要的作用。
常用的基础形式有：①单桩固定式基础；②三脚架固定式基础；③重力固定式基础；④漂浮式基础等。
其中，漂浮式海上风电机组依赖漂浮式基础，由于能够较大程度地利用深海的风能资源，成为深海风能利用的主要方式，目前已有多个国家建立或者正在规划建设漂浮式海上风电场。
相对固定式风电机组，漂浮式风电机组增加了浮式基础和锚泊系统，其外界载荷条件比固定式风电机组复杂，除了受通常的风浪载荷以外，还因漂浮式风电机组本身由于基础漂浮不固定，其漂浮特性对风电机组发电性能也有较大影响，需要考虑漂浮特性对风电机组的影响，如低频响下的漂浮式风电机组塔架的动态响应，漂浮式风电机组叶片和塔架的长周期极限载荷，漂浮式基础的波浪载荷计算和锚泊系统建模，并通过建立漂浮式风电机组的性能分析模型，研究漂浮特性对风电机组发电性能的影响。
分析结果表明，漂浮特性对风电机组的发电性能影响较大，需要针对漂浮式风电机组进行改进设计。
下表所示为某５ＭＷ漂浮式变速恒频风电机组主要技术参数。
５ＭＷ漂浮式变速恒频风电机组主要技术参数（2）场址选择场址选择需要综合考虑多种因素，如：①风资源情况；②项目建设许可；③获得的场址海域使用权；④附近电网基本情况，包括陆地变电站位置、电压等级、可接入的最大容量以及电网规划等；⑤场址基本情况，包括范围、水深、风能资源以及海底地质条件；⑥环境制约，包括当地旅游业、水中生物、鸟类、航道、渔业和海防等负面影响等。
海上风电知识
海上风电是指在海洋中建设风力发电设施以利用海风发电的一种可再生能源技术。
以下是一些关于海上风电的基本知识：
优势：海上风能资源更丰富，风速更稳定，并且相对于陆地风电场，海上风电场可以利用更大的风轮叶片，产生更高的电力输出。
此外，海上风电避免了对土地的占用和环境影响。
基础设施：海上风电场通常由风力发电机组、海上支撑结构（如固定式台架、浮动式台架等）、海底电缆、海上变电站等组成。
技术挑战：海上风电技术面临一些挑战，如海上环境恶劣、海上建设和维护成本较高、海上安全等。
因此，海上风电技术需要考虑抗风、抗浪和耐腐蚀等特殊要求。
环保影响：海上风电相比传统能源发电方式具有更低的温室气体排放和环境污染。
然而，海上风电对海洋生态系统、鸟类迁徙和渔业等方面可能产生一定的环境影响，因此需要进行环境评估和监测。
国际发展：海上风电在全球范围内得到了广泛的发展。
欧洲国家，尤其是丹麦、德国和英国等国家，是海上风电的领先者，拥有大规模的海上风电场。
其他国家如中国、美国、日本等也在积极推进海上风电项目。
海上风电作为一种清洁、可再生的能源形式，具有巨大的发展潜力。
随着技术的不断进步和成本的降低，海上风电有望成为未来能源供应的重要组成部分。
海上风电基础形式及关键技术综述
海上风电基础形式及关键技术综述海上风电是指将风力发电机组安装在海上平台上，利用海上的高风速和稳定的风能资源发电的一种新能源。
相比于陆上风电，海上风电具有风速更高、风能资源更为丰富、发电量更大等优点，因此被视为未来风能发电的重要发展方向之一、本文旨在综述海上风电的基础形式和关键技术。
一、基础形式1.海上浅水沉箱式基础：采用沉箱式基础是目前应用最广泛的海上风电基础形式之一、它采用钢质沉箱作为支撑结构，通过将沉箱沉入海底然后灌注混凝土的方式固定在海底。
它的优点是施工简单方便、成本较低，但仅适用于水深在30米以内的海区。
2.海上钢桩式基础：钢桩式基础是适用于水深较深的海区的一种海上风电基础形式。
它采用钢制桩或者预制混凝土桩作为主要支撑结构，通过将桩固定在海底的方式支撑风力发电机组。
它的优点是适用于水深在30米以上的海区，能够承受较大的浪涌和冲击力。
3.海上浮式基础：浮式基础是一种新型的海上风电基础形式，它采用浮式平台作为主要支撑结构，通过浮力来支撑风力发电机组。
浮式基础的优点是可以适用于任意水深的海区，同时可以进行动态调整和定位，适应更为复杂的海洋环境。
二、关键技术1.海洋环境适应性：海上风电基础需要能够承受较大的海浪冲击、潮汐流速以及海水腐蚀等海洋环境的影响。
因此，要保证海上风电基础的耐腐蚀性和结构强度，选择合适的材料和表面处理技术，同时进行充分的结构设计和计算分析。
2.抗风性能：风是驱动风力发电机组工作的关键因素，因此海上风电基础需要具备良好的抗风能力。
这涉及到基础的结构形式选择、基础的稳定性和刚度设计等方面。
同时，需要进行合理的排布和间距设置，以减小风力发电机组之间的相互影响。
3.施工与维护技术：海上风电基础的施工和维护需要考虑到海上工作环境的恶劣性。
因此，需要开发高效的施工技术和维护技术，采用合适的船舶和设备，使得基础的建设和维护能够在复杂的海洋环境中进行。
4.高效发电技术：海上风电的发电效率对于经济可行性和环境效益至关重要。
海上风力发电设施建设和运营简介
海上风能资源丰富，风速稳定，风能质量高，适合大规模开发利用。同时，海 上风电场远离陆地，不受地形和城市遮挡物的影响，具有更高的发电效率和稳 定性。
海上风力发电的优势
可再生能源
节能减排
海上风能是一种可再生能源，长期可持续 开发利用，有助于减少对化石燃料的依赖 。
海上风力发电是一种清洁能源，能够减少 温室气体排放和空气污染物的排放，对环 境友好。
市场竞争与合作机会
市场竞争激烈
随着海上风电技术的不断成熟，越来越多的企业进入该领域，市场竞争日趋激烈 。
合作机会增多
海上风电设施建设和运营需要多方合作，包括设备制造、工程建设、运营维护等 ，为产业链上下游企业提供了合作机会。
未来发展趋势与展望
技术进步推动成本降低
随着技术的不断进步，海上风电设施建设和运营成本有望进一步 降低，提高经济效益。
中国
中国拥有丰富的海上风能资源，据国家能源局数据，截至2022年底，中国海上风电装机容量已超过 30吉瓦（GW），占全球总装机容量的三分之一以上。中国政府将海上风电作为新能源发展的重要领 域之一，制定了海上风电发展目标，并出台了一系列政策支持其发展。
02
海上风力发电设施建设
选址与规划
风能资源评估
建立完善的应急响应机制，对突 发故障、事故等及时处理，减少 损失。
能源生产与输送
能源生产
通过风能转化为电能，实现能源生提供稳定、可靠的电力供应。
并网运行
与电网进行并网运行，确保电力供应的稳定性和可靠性。
经济效益与社会效益
降低能源成本
海上风能作为一种可再生能源，能够降低能源成本，提高能源供 应的稳定性。
设计与施工
基础结构设计
01
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• 2015: • Water depths up to 60 m; • Typical turbines size for planned projects: 7 MW; • Dominating: Monopiles and jackets.
Jackets introduced for offshore wind in 2002 – first pilot in 2006
Jacket foundation technology /application to offshore wind turbines
CONFIDENTIAL
Presented by Per Bull Haugsøen China Ming Yang Wind Power Per.haugsoen@ Phone: +47 41020543
Developer Number Water depth
Talisman
2
48
DOTI
6
40
Vattenfall 30
17-22
C-Power 48+1
18-28
RWE
48
22-26
EnBw
41
23-44
DONG
2
40
Iberdrola 70
37-43
Alstom prototype Alstom
1
• Introduced jackets for offshore wind in 2002 – first project 2006;
• Work for Ming Yang since 2013. • Richard Zhu is my best partner to
introduce jacket to china offshore wind.
Short about myself and my partner
• Background from:
• Offshore R&D; • Certification of offshore structures (DNV); • Design of foundations for oil and gas (steel, gravity) – (Ref: Troll, Ekofisk).
Patented system for preinstalled piles (not shown)
Summary of offshore wind since 2001
• 2001 – beginning commercial projects: • Shallow water ((5-10 m); • Small turbines (2 MW); • Dominating: Monopiles /gravity foundations.
Ekofisk- a ”city” in the middle of the North Sea
Efficient/proven Foundations
Still under further developபைடு நூலகம்ent
Patented middle section – Important for the completed structure
Projects where jackets have been applied
Country Scotland Germany England Belgium Germany Germany Germany Germany France
Belgium
Name Beatrice Alpha Ventus Ormonde Thornton Bank Nordsee Ost Baltic II Borkum Riff I Wikinger
England England Scotland Scotland France Germany Germany England England
Hornsea ONE Moray Firth Beatrice
East Anglia I East Anglia 3
Inch Cape Neart na Gaoithe
0
Belwind alstom Lydian/
demonstration Alstom
1
30
Some new projects planned with jackets
COUNTRY PROJECT
Germany Borkum Riffgrund 2
Netherland
Borssele
Englnad Scotland Scotland
From Ormonde ceremony 2009 with prime minister Gordon Brown
Foundations for the offshore oil and gas industry – basis for offshore wind industry
The Troll platform towed to the North Sea 1995 – 656,000 tonnes
Beatrice 2006 – new records: •Water Depth: 50 m - (also adapted in 12 m); •Turbine size: 5 MW.
Jacket – where are they suitable?
• Jackets lighter than monopiles; • For larger water depths, difficult soil
Saint-Brieuc Arcadis Ost Baltic Power/GER Seagreen alpha Seagreen bravo
DEVELOPER
DONG Auuction- Vattenfall, RWE,