广东海上风电支撑结构设计的技术创新与工程实践
海上风场 风能领域的创新与突破
海上风场风能领域的创新与突破随着全球对清洁能源的需求不断增长，风能作为可再生能源的重要组成部分，正迅速发展和普及。
而在风能利用领域中，海上风场作为未来风能发展的关键领域之一，正逐渐引起全球关注。
海上风场不但可以最大限度地利用强劲的海上风力，还避免了陆地上的开发限制。
本文将探讨海上风场的创新和突破，以期为风能发展的进一步推广提供有益启示。
一、深水海上风场技术创新由于全球好的陆地风能资源日益减少，深水海上风场成为发展风能的重要方向。
然而，由于海上环境的恶劣条件，深水海上风场的建设和运营面临许多挑战。
因此，如何进行深水海上风场技术创新成为解决这一问题的关键。
首先，针对深水海上风场的浮式结构设计进行改进是一项关键任务。
传统的浮式结构容易受到海浪和风力的影响，增加了系统的不稳定性。
而改进后的设计可以提高稳定性，减小结构的震动和倾斜，从而降低能源损失。
其次，深水海上风场的维护和保养也是一项具有挑战性的任务。
传统陆地风场容易进行维护和检修，但深水海上风场则需要更高的技术水平和成本。
因此，研发先进的维修和检修设备以及自动化系统，能够大大提高深水海上风场的可靠性和运营效率。
二、风能储存技术的突破风能的波动性一直是限制其发展的一个问题。
为了更好地应对这一挑战，风能储存技术的突破至关重要。
只有解决了风能的储存问题，才能真正实现可再生能源的可持续利用。
目前，风能储存技术主要有储氢、储热和电池储能等。
储氢技术通过将过剩的风能转化为氢气，进而进行储存和利用。
而储热技术则通过将风能转化为热能，储存在热储罐中，再根据需要进行利用。
此外，电池储能技术也可以将过剩的风能转化为电能，以备不时之需。
然而，现有的风能储存技术仍然存在一些问题，如成本高、效率低等。
因此，未来需要加大对风能储存技术的研发和创新，以提高其经济性和可行性。
三、智能化运维系统的创新应用随着科技的不断进步，智能化运维系统的创新应用在海上风场中发挥着越来越重要的作用。
海上风电工程创优方案
海上风电工程创优方案摘要近年来，人类对清洁能源的需求与日俱增，海上风电作为一种绿色清洁能源正受到越来越多的关注。
本文旨在提出一种海上风电工程创优方案，通过对当前海上风电工程存在的问题进行分析，提出相应的解决方案，以及对工程进行优化设计，实现更高效、更可靠的海上风电发电系统。
方案涵盖了风机选择、风机组串设计、支撑结构设计、输电系统设计、维护管理等多个方面，为海上风电工程的发展提供了更加全面的思路和解决方案。
关键词：海上风电；工程设计；优化方案一、绪论1.1 背景随着全球能源需求的不断增加和环境污染问题的加剧，人们对清洁能源的需求也越来越迫切。
作为一种成熟的清洁能源技术，风能已越来越受到人们的关注，而随着陆地风电资源的逐渐枯竭，海上风电成为了人们更为看好的发展方向。
1.2 目的本文旨在提出一种海上风电工程创优方案，通过对当前海上风电工程存在的问题进行分析，提出相应的解决方案，以及对工程进行优化设计，实现更高效、更可靠的海上风电发电系统。
1.3 研究现状当前，海上风电工程的发展虽然取得了一定的进展，但依然存在着一些问题。
例如，风机的选型不合理、风机组串设计不合理、支撑结构设计不合理、输电系统设计不合理等，这些问题都制约着海上风电工程的发展。
因此，有必要对这些问题进行深入分析，并提出相应的解决方案。
二、问题分析2.1 风机选择目前，海上风电项目在风机选择上往往存在以下问题：一是选择的风机类型不合适，导致发电效率不高；二是风机质量不过关，导致设备寿命不足。
具体表现为风机的转速范围、功率特性、切入风速和切出风速等参数与实际环境不匹配，风机质量无法保证等问题。
2.2 风机组串设计对于风机组串设计，存在着串联数量过多或过少、串联方式不合理等问题。
导致不同风机组串间相互影响、利用率不高、维护成本增加等影响风电系统运行的问题。
2.3 支撑结构设计支撑结构设计问题主要表现为结构稳定性差、耐久性差、制造工艺复杂等问题。
创新引领海上风电高质量发展的研究
Value Engineering0引言2020年世界海上风电新增装机容量约520万kW ，我国新增装机容量达到306万kW ，位列第一位。
截至2020年12月，我国海上风电累计装机容量约900万kW ，已超过德国成为仅次于英国的全球海上风电装机第二的国家。
我国海上风电资源丰富，且靠近东南沿海经济发达省份，就地消纳优势巨大。
海上风电是我国面向“十四五”和“2035”目标的一项重大战略性新型产业，规模化、集约化发展海上风电有助于加快我国能源转型进程，助力2030年碳达峰、2060年碳中和目标的实现。
2020年1月20日，财政部、国家发展改革委、国家能源局共同发布了《关于促进非水可再生能源发电健康发展的若干意见》，明确：新增海上风电项目不再纳入中央财政补贴范围，按规定完成核准（备案）并于2021年12月31日前全部机组完成并网的存量海上风力发电项目，按相应价格政策纳入中央财政补贴范围。
2020年12月30日，广东省能源局也初步明确了省级补贴标准：2024年起并网项目不再补贴。
2021年是我国“十四五”开局之年，在国内海上风电“抢装抢建”潮和国补取消、省补有限的情况下，回顾欧洲海上风电行业发展历程和发展趋势，总结海上风电行业发展经验和客观规律，有助于为新形势下国内海上风电高质量发展探索路径和方法。
1欧洲海上风电发展经验与启示1991年，丹麦建成世界上首个海上风电场Vindeby ，安装了11台单机容量为450kW 的风电机组。
此后直至2000年，欧洲海上风电一直处于试验示范阶段。
2001年，丹麦Middelgrunden 海上风电场建成投运，安装了20台单机容量为2MW 的风电机组。
此后直至2010年，欧洲海上风电进入规模化应用阶段，2010年欧洲海上风电累计装机容量达2946MW 。
2011年起，欧洲海上风电进入商业化发展阶段，朝着大规模、深水化、离岸化的方向发展。
随着产业和技术的成熟、开发规模的扩大，“零补贴”项目的逐渐出现，海上风电进入了良性、可持续发展阶段。
海上风电项目的基础工程设计与建设方案
海上风电项目的基础工程设计与建设方案海上风电项目是利用海上的风能资源，通过建设风力发电设施来实现清洁能源的生产。
这种项目对于保护环境、减少温室气体排放以及推动可再生能源的发展具有重要意义。
基础工程设计与建设方案是海上风电项目的关键步骤，它涉及到项目的可行性、安全性、经济性等方面的考虑。
首先，基础工程设计应该重点考虑项目的可行性。
在海上风电项目的选择和设计过程中，需要对海域风能资源进行详细的测量和评估。
通过风向、风速、风场分布等数据的分析，确定最适合建设风电场的海域区域。
此外，还需对海域地质特征进行综合评估，确保海底地质条件适宜建设风力涡轮发电机的承载。
其次，基础工程设计应注重项目的安全性。
由于海上风电项目建设在恶劣海洋环境中进行，考虑海浪、风暴、潮汐等因素对设施的影响至关重要。
设计方案应该充分考虑设施的抗风能力、抗浪能力、抗倾覆能力等。
通过合理的结构设计和建设材料的选择，确保风电设施在面临极端天气条件时的稳定性和安全性。
此外，基础工程设计还需考虑项目的经济性。
风电项目的建设和运维成本是考虑项目可行性的重要因素。
基础工程的设计应该尽量降低材料成本、施工成本和运输成本，提高建设效率和设施的使用寿命。
合理的设计方案还应该考虑项目的可持续性发展，通过优化布局、增加装机容量等方式提高发电效率和经济效益。
基于上述考虑，一个典型的海上风电基础工程设计方案可以包括以下几个主要步骤：1.项目区域评估：对目标海域进行风能资源的调查和评估，确定最适合建设风电场的区域。
同时，进行地质勘探和地质特征的分析，评估地底条件适宜性。
2. 设计方案：根据风能资源和地质评估结果，设计合理的基础工程方案。
考虑到海上环境的特殊性，结构设计应具备良好的抗风抗浪能力，同时确保施工和运维成本的合理性。
3. 施工模拟与优化：借助现代建模技术，对基础工程的施工过程进行模拟和分析，寻找最佳施工方法和流程。
通过优化方案，提高施工效率和质量。
4.可持续性发展考虑：考虑到海上风电项目的长期运营，设计方案应注重设备的可持续性和维护保养的简便性。
海上风电新型基础结构及其施工方法与流程
海上风电新型基础结构及其施工方法与流程本发明涉及海上风电技术领域，尤其涉及一种海上风电新型基础结构及其施工方法。
背景技术：风电是清洁能源的重要组成部分，海上风电具有风速高、风速稳定、单机容量大等特点。
目前，海上风机基础型式包括单桩基础、导管架基础、漂浮式基础等。
由于单桩基础具有海床地形适应性强、施工速度快、施工成本低等优点，在全球已建海上风电场基础型式中的占比超过80%。
在海上风电机组运行期间，单桩基础承受风、破浪、海流和海冰等产生的水平荷载，在水平循环荷载的作用下，桩基会产生较大的水平位移和钢管桩变形。
根据《海上风力发电场设计标准》（gb/t51308-2019），单桩基础泥面处累积倾角（侧向位移幅度）不得超过0.25°。
工程中，通常采用增大桩径和增加桩身锚固深度的方式，提高单桩基础水平承载力，降低单桩基础水平位移，这种方式意味着单桩制作成本的增加，施工难度的提高。
此外，我国部分海上风电场的海床地质条件为浅覆盖层，往往需要进行嵌岩桩施工，进一步增加施工难度，增加海上风电场建设成本。
近年来，研究学者提出在桩壁外侧增设桩翼提高单桩基础水平承载力不足（以下简称翼板桩），包括一种海上风电机组单桩基础（cn202265837u）、一种带稳定翼的海上风力发电机单桩基础结构（cn102041813a）、一种t型翼板海上风机钢管桩基础（cn208899515u），在上述专利技术方案中，翼板通过直接焊接或通过连接部件焊接等方式固定于钢管桩外壁，使用时，通过沉桩直接将翼板桩沉入海床泥面以下。
然而，由于现有海上风电安装船不具备直接安装上述技术方案中翼板桩的能力，且施工单位没有适合翼板桩的施工工艺，因此，目前国内外海上风电场并没有翼板桩成功应用的工程示范。
此外，上述专利技术方案中，翼板桩的翼板尺寸较大（翼板宽度不小于桩径的1/2，不大于桩径；翼板长度不小于桩径，不大于桩径的3倍），尺寸过大的翼板不易运输、同时提高施工难度，以及在土压力作用下翼板易发生扭曲变形。
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。
风电技术创新如何推动海上风电规模化发展
风电技术创新如何推动海上风电规模化发展在全球能源转型的大背景下，海上风电作为一种清洁、可再生的能源形式，正逐渐展现出巨大的潜力。
而风电技术的不断创新，无疑是推动海上风电规模化发展的关键力量。
首先，叶片技术的创新是提升海上风电效率的重要一环。
叶片是风力发电机捕获风能的关键部件，其设计和制造技术的进步直接影响着风能的转化效率。
随着材料科学的发展，新型复合材料的应用使得叶片更加轻盈、坚固且耐腐蚀性强。
更长、更高效的叶片设计能够增加扫风面积，从而捕获更多的风能。
同时，先进的空气动力学研究让叶片的外形更加优化，减少了风阻，提高了风能的利用效率。
其次，发电机技术的创新为海上风电规模化发展提供了强大的动力支持。
直驱式和半直驱式发电机的出现，减少了传动部件，降低了能量损耗和维护成本。
大容量的发电机能够提高单机发电功率，减少海上风电场中风机的数量，降低建设和运维成本。
而且，智能控制技术的应用使得发电机能够根据风速和风向的变化实时调整工作状态，实现最优的发电性能。
再者，海上风电的基础和塔架技术的创新也至关重要。
由于海上环境复杂，风浪、海流等因素对基础和塔架的稳定性提出了更高的要求。
新型的基础形式，如单桩基础、导管架基础和浮式基础等不断涌现。
单桩基础适用于浅海区域，施工相对简单；导管架基础则在中等水深区域具有较好的稳定性；浮式基础为深海风电开发提供了可能。
塔架的设计也在不断改进，以适应不同水深和海况，同时提高结构的强度和可靠性。
另外，储能技术的创新对于海上风电的规模化发展具有重要意义。
由于风能的间歇性和不稳定性，储能系统能够将多余的电能储存起来，在需要时释放，从而提高电力供应的稳定性和可靠性。
新型的电池技术，如锂离子电池、液流电池等，在能量密度、充放电效率和使用寿命等方面不断取得突破。
同时，储能系统的管理和控制技术也在不断优化，实现了与海上风电的高效协同运行。
海上风电的运维技术创新也是不容忽视的。
随着海上风电场规模的不断扩大，高效的运维管理成为降低成本、提高发电效率的关键。
风力发电技术的研发与创新成果介绍
风力发电技术的研发与创新成果介绍近年来，随着全球能源危机的加剧以及对环境保护的日益重视，风力发电逐渐成为可再生能源领域的热门话题，受到了广泛的关注和支持。
风力发电技术的研发与创新成果不断涌现，为可再生能源的开发和利用带来了重要的突破和进步。
本文将从技术创新、性能提升、智能化控制等多个方面介绍风力发电技术的最新研发成果。
一、技术创新1. 多桨风力发电机组多桨风力发电机组是风力发电技术的重要创新之一。
相比传统的单桨风力发电机组，多桨风力发电机组能够更有效地利用风能，提高发电效率。
多桨设计可以减小风轮的直径，使其在较小的风速下即可启动；同时，多桨设计也能够增加发电机组的转动惯量，提高抗风能力，减小风力对风轮的损害程度。
2. 浮式风力发电技术浮式风力发电技术是指将风力发电机组安装在海上浮动平台上，利用海洋风力发电。
与传统的陆上风力发电相比，浮式风力发电技术具有独特的优势。
首先，海上风力资源更加丰富，能够提供更稳定的风能供应；其次，浮式风力发电机组避免了土地资源限制，可以在更大范围内建设；此外，海上环境对风轮的风速和风向变化较小，能够减小发电效率的波动。
二、性能提升1. 高效风轮设计风力发电技术的性能提升主要体现在风轮的设计方面。
近年来，研究人员通过优化风轮的叶片形状、材料以及结构等方面，显著提高了风力发电机组的效率。
新一代风轮采用了更轻、更坚固的材料，减小了自重对机组的影响，提高了转动效率；同时，改变叶片的形状，使其能够更好地适应不同风速下的风能，提高发电效果。
2. 储能技术应用风力发电的一个难题是风能的间断性和波动性，如果不能将多余的风能进行储存，很难保证持续的电力供应。
因此，储能技术的应用对风力发电的性能提升至关重要。
目前，研究人员广泛探索了电池储能技术、氢能储存技术等多种储能方案，并取得了一定的成果。
这些储能技术的应用，可以将风力发电的多余电能储存起来，在风速下降或停风时释放，实现对发电的持续供应。
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专题
碎豔矍總构设计的文I《海洋与渔业》记者高晓霞
S前，广东省正在建设的海上风电项目有16个，其中广东省
电力设计研究院（简称“广东院”）承担了其中15个项目
的咨询或勘察设计工作。
在“筑基——精研海上风电项目工程技术”主题
论坛会议上，广东院总工程师裴爱国以《广东海上风电支撑结构设计的技
术创新与工程实践》为题发表了主旨演讲。
牵头组建海上风电产业联盟
裴爱国先介绍了广东海上风电的发展规划。
广东省已经规划的海上风电装机容量中，近海浅水区是9850MW,近海深水区是57OOOMW。
近期列入广东省重点工程的项目有16个，建设目标是2020年开工12000MW,建成2000MW以上，2030年建成30000MW。
接着，他谈了广东院与海上风电的渊源。
广东院成立于1958年，2012年8月，编制完成《广东海上风电场工程规划》，成为第一个获得国家能源局批准的省级海上风电规划报告。
2017年10月，按照省发改委的要求，编制 完成《广东省海上风电发展规划（2017—2030年）（修编）》,为广东省海上风电资源科学、有序、连片开发建设提供完备规划和技术保障。
广东院充当了政府智库的作用，在广东省海上风电产业发展方向、海上风电价格补贴政策研究、
162
2019年7专题促进广东省海上风电装备制造与服务
产业链科学发展等方面建言献策。
广东院还将深度服务延伸至项目前期的所有技术咨询和项目管理工作，以“前期开发+技术咨询+项目管理”模式承接海上风电项目前期工作，稳步推进项目建设相关事宜。
此外，在湛江外罗项目中，广东院在全国首创海上风电工程总承包模式，该模式有利于整个项目的统筹管理，有利于优化设计，有利于设计采购施工综合的合理搭接，有利于降低造价和缩短工期，有利于智慧海上风电场建设。
为推动海上风电产业的发展，广东院还发挥行业协会的作用，即将成立的广东省海上风电产业联盟就是由广东院牵头组建和推动相关工作，还将在省自然资源厅的领导下牵头成立广东省海上风电协会。
助力粤港澳大湾区能源发展战略
受广东省发改委的委托，广东院参与了粤港澳大湾区的能源规划工作，其中非常重要的一部分就是海上风电。
海上风电是广东省能源结构调整或者转型非常重要的一个战略决策。
广东院在这方面主要是做以下几方面的工作，一是原来规划的57OOOMW近海深水区，只是做了简单的规划，现在还需要做更多细化的工作。
二是考虑多元化的应用，比如深远海的海上风电与氢能的结合、与海洋牧场的结合、与波浪能的结合，尤其是2030年以后与可燃冰的结合，比如为可燃冰开采供电等。
此外.积极响应国家战略号召，开展粤港澳大湾区科技创新合作，助推海上风电技术创新，已与香港科技大学、香港大学、香港理工大学、南方科技大学、中山大学、华南理工大学等高校科研院所进行了广泛和深入的交流，为大湾区建设科技创新中心作出努力。
多项创新设计运用于广东项目
结合广东院设计的工程项目，
裴爱国分享了广东海上风电支撑结
构设计的技术创新与工程实践。
除
了基础型式，重点谈了大直径单桩
与土的相互作用分析技术、超大直
径单桩嵌岩技术、水下高强灌浆设
计技术、海上升压站等技术创新与
工程实践。
桩土相互作用是海上风机基础
结构设计与施工的难点与核心之一，
广东院对大直径单桩与土的相互作用
开展了四位一体的研究，包括室内试
验、离心机试验、现场试桩和数值模
拟，形成了专属的研究成果。
在粤电
湛江外罗与珠海金湾海上风电项目
中，就用到了其中的研究成果，全部
采用新型的超大单桩基础。
结合桩土
专题，也开展了超大直径单桩嵌岩设
计研究，对其受力机理问题、循环累
计变形及土的疲劳问题、嵌岩桩计算
模拟问题、嵌岩长度问题以及共振问
题等都进行了详细的分析。
粤电阳
江沙扒海上风电项目嵌岩比例高达
75%,是国内施工难度最大的海上风
电场之一，相关研究也运用在了这个
项目上。
水下高强度灌浆设计技术也是
海上风机基础结构设计与施工的难
点与核心之一，广东院在国内首次
设计高强水下灌浆连接段，在理论、
设计、施工、检验方面形成专著，
目前已完成专著1本、专利6项，软
件著作权1项。
该技术主要是通过比
例模型试验、足尺模型试验、数值
分析和工程应用相结合等形成成果.
并在珠海桂山海上风电项目以及中
广核南鹏岛项目应用导管架基础水
下灌浆技术。
在海上升压站方面，广东院也
做了大量的设计和研究工作，其中
在湛江外罗项目中的海上升压站(广
东省内第一个海上升压站)，就用
了直腿导管架基础。
该导管架的基
础方案是先进行海底面平整，将导
管架置入海底，初次调平后将桩插
入腿柱，打桩完毕后，调整好导管
架结构，采用皇冠板将桩和导管架
焊接起来固定。
桩与腿柱之间灌注
灌浆材料，保证桩与导管架结构的
共同工作。
上部平台四根腿插入钢
桩，调平后焊接。
该项目在合适机
位采用直腿导管架基础，有利于建
造和施工。
加强深远海风电技术研究
最后，裴爱国还对未来海上
风电技术做了展望。
他表示，嵌岩
桩施工慢，造价高，因此广东院正
与其他国外工程公司合作进行吸力
桶基础设计研究，预计今年上半年
会完成设计。
随着广东省海上风电
往深远海发展，浮式风电基础设计
技术将会大有用处，广东院目前有
一个博士后带领团队正在进行相关
研究。
高压直流集群输电方面，广
东院设计了国内第一个柔性直流项
目一一南澳岛直流送出，目前已经
成功投产。
柔性直流输电系统以电
压源换流器为基础的直流输电系统
(VSC-HVDC)采用了1GBT、IEGT
等可控关断元件，可解决向无源负
荷送电的问题，实现有功和无功快
速独立地控制，提高交流电网的功
角稳定性，非常适用于长距离的远
海型风电场。
通过调研发现，德国
已经有大量的海上换流站存在，希
望能够借鉴国外的经验，早日推动
广东省海上风电大规模输电项目的
落地。
海上风电大数据中心，是由广
东省发改委批准，在广东院挂牌的项
目，经过一年多的努力，目前已经建
成试运行。
数据中心主要是公益性的，
包括了与公共安全、环境保护、电网
调度等涉及公共利益的项目，除了免
费的公益性服务外，也为业主运维提
供增值服务，希望能为广东省海上风
电产业高质量发展献计献策。
震
63I。