中国节能在线首页

中国节能在线

再生能源

海上风电单桩基础设计关键技术建议

2016-12-08 14:23:05来源:中国风电新闻网浏览: 评论:0

  近年来,海上风力发电在欧洲获得较快的发展,在我国已建的风力发电机组多为陆上发电机组。海上风力发电比陆上风力发电更具有不占用陆地面积、风速比陆地大、风的方向较稳定等优点。

  海上风力发电机组通常由三个部分组成 :塔头 、塔架 、基础 ,其中基础部分占有重要的位置 。海上风电场风机基础是将风机稳固在海上的重要构筑物,风机基础处在海洋环境中不仅要承受结构自重、风荷载,还要承受波浪、水流力等,同时风机本身对基础刚度、基础倾角和振动频率等均有非常苛刻的要求。

  目前欧洲国家经常应用的基础形式具体包括:单桩基础、多桩基础、重力式基础等。

  \

  图1 风电结构基础

  从左到右依次为单桩基础、多桩基础、重力式基础其中单桩基本施工工艺为:1、钢管桩及过渡段预制;2、钢管桩运输及沉设;3、过渡段安装及灌浆。单桩基础一般安装至海床下10-20m,深度取决于海床类型。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 以上的海域。单桩钢管基础的优点是无需海床准备,安装简便。

  \

  目前国内一些企业因施工工艺的难度和缺乏超高强灌浆材料等原因改良了施工工艺,并取消了基础连接过渡段(右图中剖面为过渡段),虽说在一定意义上有很好的创新,并且节约了一些材料和施工成本,但具体到实践当中并未经历时间的检验便开始大面积推广应用,这可能会因生命服役期中未预估的损伤造成经济和社会的损失。而采用过渡段的施工工艺经历了长时间实践检验并证实其良好的稳定性,所以取消过渡段的做法有待商榷,需要对试验风电场进行长期观测并比较与现有工艺的优缺点。目前应把重中之重放在海上风机桩基础灌浆连接段结构设计与研究课题上,在未证实无过渡段的新工艺可行之前以确保风电结构的安全稳定性。

  国内一些企业采用取消过渡段的做法有如下几点不妥之处,其中偏颇望指正。

  其一是因施工过程强制纠正偏差造成基础桩土的扰动,造成水平极限承载力的损失,使整体结构基础从一开始启用就处于一个不稳定的状态,在风力发电机生命服役期中过早的产生结构偏移和疲劳,而且缺少了过渡段的塑型缓冲和粘结作用,基础与塔筒法兰连接更易产生突发性剪力破坏,从而造成不可预知的后果。连接过渡段的存在,在钢管桩施工过程中产生的偏差可以通过过渡段调整,能够最大限度地减少基础扰动造成的承载力损失。

  其二是整体轴向偏心的存在使风电基础结构从一开始就处于不稳定的状态。在服役过程中,多种载荷的影响使整体结构无法调整回初始状态,从而造成更大的偏移甚至破坏。而取消过渡段的做法导致风机结构上部与下部为刚性连接,在偏心载荷的存在情况下,风电上部结构产生的弯矩强制传递到法兰连接,并在连接处造成高度应力集中现象,过渡段的存在使得弯矩传递存在缓冲作用,减少因为偏心弯矩造成的结构破坏。

  其三是潮汐区和应力疲劳区的防腐耐久问题。从第一点和第二点可知,初始状态的不稳定更易造成应力疲劳,而应力集中区的结构微损伤难以避免,尤其是表面防腐层与钢管桩本身的力学性能的差异造成脱离或者断裂,从而使海水直接侵蚀桩体本身。潮汐区的防腐也是重点需要关注的地方,干湿交替的环境使得结构表面发生电化学腐蚀的速度大大加快,一旦有防腐层的微损伤,腐蚀便通过损伤处逐步侵蚀桩体。过渡段的缓冲效应使这种损伤发生的几率大大降低,从而减少在生命服役期内发生的侵蚀,并且过渡段高强灌浆料的存在,隔断塔筒和桩基础的直接接触,也是阻止整体电化学环境中电荷循环的一种有效方法。

  通过风电单桩基础的结构剖析发现,过渡段的存在是有其必要的意义,那么使用超高强度超韧性的灌浆料是其重中之重,以期其能适应复杂多变的海洋环境,为开发海洋资源、降低碳排放做出贡献。

 

编辑推荐:

相关热词搜索:海上风电 风力发电
版权声明: 本网注明"来源:中国节能在线网"字样的文字、图片内容,版权均属中国节能在线网所有,如若转载,请注明来源。同时本网转载并注明自其它来源的内容,目的在于传递更多信息,并不代表本网赞同其观点。
关注中国节能在线网,把握真实信息,传递热点资讯。