海上风电机组基础结构-第五章详解
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可分为Spar式、张力腿式和半潜式三种结构型式。 5.1.1 Spar式基础 Spar式基础的上部主体是一个大直径、大吃 水的具有规则外形的浮式柱状结构，主体中 有一个硬舱，位于壳体的上部，用来提供平 台的浮力。中间部分是储存舱，在平台建造 时，底部为平衡稳定舱。 当平台已经系泊并准备开始生产时，这些舱 则转化为固定压载舱，用于吃水控制。中部 由系泊索呈悬链线状锚泊于海底。系泊索由 海底桩链、锚链和钢缆组成。锚所承受的上 拔荷载由打桩或负压法安装的吸力式沉箱来 承担。
5.2 浮式基础的一般构造及设计要点
锚链系统
锚固系统的弹性程度取决于锚链的重量和预紧力，得到最佳的预紧力
并选取相应的锚链规格，应按不同组合进行模型试验，记录相应峰值，
然后通过综合分析，确定最大链力Fmax 。 最大链力确定后，可以计算出所需锚链的长度；对于搁置于水平海底
上的锚链长度，可按下式计算：
张力腿式基础的重力小于浮力，所相差的力 量可依靠锚索拉力来补偿，而且此拉力应大 于由波浪产生的力，使锚索上经常有向下的 拉力，起着绷紧平台的作用。
5.1 浮式基础结构型式及其特点
张力腿式基础的特点
优点
张力腿式基础具有良好的垂荡和摇摆运动
特性。
缺点
缺点是张力系泊系统复杂、安装费用高，
张力筋腱张力受海流影响大，上部结构和
系泊系统的频率耦合易发生共振运动。
5.1 浮式wk.baidu.com础结构型式及其特点
5.1.3 半潜式基础
半潜式基础通过位于海面位置的浮箱 来保证风电机组在水中的稳定，再通 过辐射式不知的悬链线来保证风电机 组的位置。 半潜式基础的浮箱平面尺寸较大，高 度较小，依靠浮箱半潜于水中提供浮 力支撑，浮箱平面尺寸足够大，以保 证风电机组抗倾稳定性。
半潜式基础特征
半潜式基础吃水小，在运输和安装时 具有良好的稳定性，相应的费用比 Spar式和张力腿式基础节省。
5.1 浮式基础结构型式及其特点
5.1.4 新型浮式基础
海面浮动结构技术属于半潜式结构的衍生基础结 构，如图5-5所示，主要由压水板、桁架结构、立
柱和系泊线组成。
由日本技术人员提出的浮式混合风力发电机可以 同时进行风力发电和波浪发电，该概念设计综合 了半潜式平台和 WaveDragon 波能转换装置的设计 思想，如图5-6所示。 此外，采用悬链线和张力筋腱混合系泊定位的风 电机组浮式基础，称为Spar/TLP 混合结构基础。
第五章：浮式基础
内容大纲
5.1 浮式基础结构型式及其特点
5.1.1 Spar式基础 5.1.2 张力腿式基础
5.1.3 半潜式基础 5.1.4 新型浮式基础
5.2浮式基础的一般构造及设计要点
5.2.1 悬链线锚泊 5.2.2 锚系计算 5.1.3浮式基础的设计
5.1 浮式基础结构型式及其特点
浮式基础结构的分类
海上风电机组基础结构 陈达
第五章：浮式基础
浮式基础的优点
可将风电组安在水深较大海域， 该区域风速较稳定，风资源丰富， 可利用小时数多。 风电机组安装位置可以移动，并 便于拆除。
安装在远离海岸线的水域，消除 视觉影像，并大大降低噪音、电 磁波对人类生活的影像。
采用集成结构，使海上安装程序 简化，同时费用也大幅降低。
S min
式中
2 H max h 1 Wh
5.2 浮式基础的一般构造及设计要点
5.2.1 悬链线锚泊
辐射状的悬链线锚链将用作风电机组安装平台的浮箱等锚固在海底，浮箱 的尺寸应保证有足够的浮力和漂浮稳定性，能承受锚链及浮箱上其他设备 的重量。
锚链系统
悬链线锚泊系统采用多链系统，可有效地锚住浮箱体。锚链的数量应 从经济和安全两方面因素进行考虑，主要取决于系泊力的大小，链数 增加，浮箱尺寸也相应加大，以承担所增加链条的重量。 当外荷载作用于浮箱时，浮箱向受力方向移动，把沉于海底的一段锚 链拉起。当被拉起的锚链质量正好平衡外荷载时，则浮箱不再移动， 为防止锚链猛然拉紧而导致断裂，根据最大负荷时的最大漂移量，至 少应有足够长的锚链沉于海底。
第五章：浮式基础
海上风电浮式基础的发展
1994 年英国的 Garrad Hassan 等人对在采用悬链线系泊的 Spar 平台上设置单涡轮风电机组的方案进行了评价，这是最早针 对风电机组浮式基础开展的详细研究。 2006年在挪威的Marintek，第一个真正意义上的以Spar为基础 的风电机组概念模型正式出现。 2006年Fulton等人正式提出了半潜式船体作为浮式基础的海上 风力发电浮式基础。 2008年夏，英国的 Blue H 公司研制出了世界上第一台海上浮 式风力机样机（见图5-1），二叶风力机与浮式基础在岸上合 体后拖航至安装地点。 2009年， Dominique Roddier等人提出了风电机组浮式基础的 设计基础和资格准入问题，大大推动了风电机组浮式基础的 发展。
5.1 浮式基础结构型式及其特点
张力腿式基础
张力腿式基础是利用绷紧状态下的锚索产生 的拉力与平台的剩余浮力相平衡的。
张力腿式基础也是采用锚泊定位的，但与一 般半潜式平台不同，其所用锚索绷紧成直线， 不是悬垂曲线，钢索的下端与水底不是相切 的，而是几乎垂直的。用的是桩锚（即打入 水底的桩为锚）或重力式锚（重块）等，不 是一般容易起放的抓锚。
张力腿式基础主要由圆柱形的中央柱、矩形 或三角形截面的浮箱、锚固基础组成。 张力腿式基础的浮力由位于水面下的沉体浮 箱提供，浮箱一侧与中央柱相连，另一侧与 张力筋腱相连，张力筋腱下端与海底基座模 板相连或直接连接在桩基顶端。 有时候为了保证风电机组的位置，还会安装 斜线系泊索系统，作为垂直张力腿系统的辅 助。固定设备主要包括桩和吸力桶。
5.1 浮式基础结构型式及其特点
Spar式基础特点
Spar 式基础吃水大，并且垂向波 浪激励力小、垂荡运动小，因此 Spar 式的基础比半潜式基础有着 更好的垂荡性能，
但是由于 Spar 式基础水线面对稳 性的贡献小，其横摇和纵摇值较 大。
5.1 浮式基础结构型式及其特点
5.1.3 张力腿式基础
5.2 浮式基础的一般构造及设计要点
锚链系统
锚固系统的弹性程度取决于锚链的重量和预紧力，得到最佳的预紧力
并选取相应的锚链规格，应按不同组合进行模型试验，记录相应峰值，
然后通过综合分析，确定最大链力Fmax 。 最大链力确定后，可以计算出所需锚链的长度；对于搁置于水平海底
上的锚链长度，可按下式计算：
张力腿式基础的重力小于浮力，所相差的力 量可依靠锚索拉力来补偿，而且此拉力应大 于由波浪产生的力，使锚索上经常有向下的 拉力，起着绷紧平台的作用。
5.1 浮式基础结构型式及其特点
张力腿式基础的特点
优点
张力腿式基础具有良好的垂荡和摇摆运动
特性。
缺点
缺点是张力系泊系统复杂、安装费用高，
张力筋腱张力受海流影响大，上部结构和
系泊系统的频率耦合易发生共振运动。
5.1 浮式wk.baidu.com础结构型式及其特点
5.1.3 半潜式基础
半潜式基础通过位于海面位置的浮箱 来保证风电机组在水中的稳定，再通 过辐射式不知的悬链线来保证风电机 组的位置。 半潜式基础的浮箱平面尺寸较大，高 度较小，依靠浮箱半潜于水中提供浮 力支撑，浮箱平面尺寸足够大，以保 证风电机组抗倾稳定性。
半潜式基础特征
半潜式基础吃水小，在运输和安装时 具有良好的稳定性，相应的费用比 Spar式和张力腿式基础节省。
5.1 浮式基础结构型式及其特点
5.1.4 新型浮式基础
海面浮动结构技术属于半潜式结构的衍生基础结 构，如图5-5所示，主要由压水板、桁架结构、立
柱和系泊线组成。
由日本技术人员提出的浮式混合风力发电机可以 同时进行风力发电和波浪发电，该概念设计综合 了半潜式平台和 WaveDragon 波能转换装置的设计 思想，如图5-6所示。 此外，采用悬链线和张力筋腱混合系泊定位的风 电机组浮式基础，称为Spar/TLP 混合结构基础。
第五章：浮式基础
内容大纲
5.1 浮式基础结构型式及其特点
5.1.1 Spar式基础 5.1.2 张力腿式基础
5.1.3 半潜式基础 5.1.4 新型浮式基础
5.2浮式基础的一般构造及设计要点
5.2.1 悬链线锚泊 5.2.2 锚系计算 5.1.3浮式基础的设计
5.1 浮式基础结构型式及其特点
浮式基础结构的分类
海上风电机组基础结构 陈达
第五章：浮式基础
浮式基础的优点
可将风电组安在水深较大海域， 该区域风速较稳定，风资源丰富， 可利用小时数多。 风电机组安装位置可以移动，并 便于拆除。
安装在远离海岸线的水域，消除 视觉影像，并大大降低噪音、电 磁波对人类生活的影像。
采用集成结构，使海上安装程序 简化，同时费用也大幅降低。
S min
式中
2 H max h 1 Wh
5.2 浮式基础的一般构造及设计要点
5.2.1 悬链线锚泊
辐射状的悬链线锚链将用作风电机组安装平台的浮箱等锚固在海底，浮箱 的尺寸应保证有足够的浮力和漂浮稳定性，能承受锚链及浮箱上其他设备 的重量。
锚链系统
悬链线锚泊系统采用多链系统，可有效地锚住浮箱体。锚链的数量应 从经济和安全两方面因素进行考虑，主要取决于系泊力的大小，链数 增加，浮箱尺寸也相应加大，以承担所增加链条的重量。 当外荷载作用于浮箱时，浮箱向受力方向移动，把沉于海底的一段锚 链拉起。当被拉起的锚链质量正好平衡外荷载时，则浮箱不再移动， 为防止锚链猛然拉紧而导致断裂，根据最大负荷时的最大漂移量，至 少应有足够长的锚链沉于海底。
第五章：浮式基础
海上风电浮式基础的发展
1994 年英国的 Garrad Hassan 等人对在采用悬链线系泊的 Spar 平台上设置单涡轮风电机组的方案进行了评价，这是最早针 对风电机组浮式基础开展的详细研究。 2006年在挪威的Marintek，第一个真正意义上的以Spar为基础 的风电机组概念模型正式出现。 2006年Fulton等人正式提出了半潜式船体作为浮式基础的海上 风力发电浮式基础。 2008年夏，英国的 Blue H 公司研制出了世界上第一台海上浮 式风力机样机（见图5-1），二叶风力机与浮式基础在岸上合 体后拖航至安装地点。 2009年， Dominique Roddier等人提出了风电机组浮式基础的 设计基础和资格准入问题，大大推动了风电机组浮式基础的 发展。
5.1 浮式基础结构型式及其特点
张力腿式基础
张力腿式基础是利用绷紧状态下的锚索产生 的拉力与平台的剩余浮力相平衡的。
张力腿式基础也是采用锚泊定位的，但与一 般半潜式平台不同，其所用锚索绷紧成直线， 不是悬垂曲线，钢索的下端与水底不是相切 的，而是几乎垂直的。用的是桩锚（即打入 水底的桩为锚）或重力式锚（重块）等，不 是一般容易起放的抓锚。
张力腿式基础主要由圆柱形的中央柱、矩形 或三角形截面的浮箱、锚固基础组成。 张力腿式基础的浮力由位于水面下的沉体浮 箱提供，浮箱一侧与中央柱相连，另一侧与 张力筋腱相连，张力筋腱下端与海底基座模 板相连或直接连接在桩基顶端。 有时候为了保证风电机组的位置，还会安装 斜线系泊索系统，作为垂直张力腿系统的辅 助。固定设备主要包括桩和吸力桶。
5.1 浮式基础结构型式及其特点
Spar式基础特点
Spar 式基础吃水大，并且垂向波 浪激励力小、垂荡运动小，因此 Spar 式的基础比半潜式基础有着 更好的垂荡性能，
但是由于 Spar 式基础水线面对稳 性的贡献小，其横摇和纵摇值较 大。
5.1 浮式基础结构型式及其特点
5.1.3 张力腿式基础