海上風電多樁導(dǎo)管架式基礎(chǔ)導(dǎo)管架優(yōu)化

崇高

摘 要：以銀河6MW風力發(fā)電機組基礎(chǔ)載荷為基礎(chǔ)，選取45m海水深度，設(shè)計了四種導(dǎo)管架形式并計算了重量和頻率，對比得出了四腳傾斜K型有橫桿式結(jié)構(gòu)是最優(yōu)的結(jié)論。

關(guān)鍵詞：海上風電；導(dǎo)管架式基礎(chǔ)；結(jié)構(gòu)設(shè)計固有頻率

我國沿海風能資源豐富，有效利用小時數(shù)高，距離用電負荷中心近，享地利優(yōu)勢。經(jīng)過“十二五”期間的孕育和成長，我國海上風電具備了規(guī)模開發(fā)的條件和基礎(chǔ)。在“十三五”時期我國海上風電將從“項目示范”向“快速開發(fā)”轉(zhuǎn)變。

一、海上風電基礎(chǔ)類型

海上風電基礎(chǔ)通常由過渡段、基礎(chǔ)子結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)幾部分組成。如圖1所示。

1）單樁式：單樁式基礎(chǔ)可以看成是陸上風機塔架延長到海面以下并插入海床。為了提供足夠的剛度，單樁基礎(chǔ)直徑必須足夠大，這會引起很大的波浪載荷。在深海環(huán)境下，滿足剛度和固有頻率的單樁直徑可能大到無法制造。

2）三腳架式：基礎(chǔ)下部由幾個較細的結(jié)構(gòu)連接到中間的主管樁上。三腳架基礎(chǔ)主要優(yōu)點是抗傾覆能力強及海水可以阻力較小的穿過基礎(chǔ)下部。但是上部的主管樁沒有上述優(yōu)勢。另外下部焊接處對疲勞載荷敏感，需要仔細的設(shè)計和制造。

3）導(dǎo)管架式：導(dǎo)管架式基礎(chǔ)由細的支撐桿框架連接三樁或四樁，對海水流動幾乎無阻力。載荷主要通過支撐桿軸向傳遞。基礎(chǔ)面積大，抗傾覆能力強。框架結(jié)構(gòu)重量輕，制造容易。但是每個接頭都需要高標準制造，要耗費很多工時。

4）重力式：重力式基礎(chǔ)依靠低重心和大直徑抗傾覆。通常由混凝土制造。重力式基礎(chǔ)直接放到海床上。重力式基礎(chǔ)可以擴展至平臺規(guī)模，以減少過渡段的安裝。

5）漂浮式：漂浮式基礎(chǔ)依靠浮力使風機位于海面上。因為可以適應(yīng)不同的水深，這種方式可能適合大批量制造。漂浮式基礎(chǔ)在水中有很大的截面使其對波浪載荷敏感。

基礎(chǔ)子結(jié)構(gòu)適用于不同的水深[ 1 ]：

1）單樁式基礎(chǔ)直徑隨著水深增加急劇變大，0-30m水深適用。

2）導(dǎo)管架式基礎(chǔ)適用于任何水深，但是過多的接頭導(dǎo)致水淺時不經(jīng)濟。

3）三腳架式基礎(chǔ)適用30-60m水深，它可以看成是單樁式和導(dǎo)管架式混合體。

4）重力式基礎(chǔ)由于質(zhì)量太大，只適用于水深0-10m。

本文分析導(dǎo)管架式基礎(chǔ)導(dǎo)管架優(yōu)化。

二、設(shè)計參數(shù)

（一）風機

本文使用銀河風電6MW機組載荷。機組參數(shù)如表1所示。

（二）水深

選擇45m。

（三）載荷

GX6MW機組設(shè)計等級GL3B，設(shè)計標準GL 2010 standard “Guideline

for the Certification of Wind Turbines“，Edition R1（2010），載荷計算軟件FLEX5。

塔底法蘭極限載荷見表2。

三、結(jié)構(gòu)設(shè)計

（一）初步結(jié)構(gòu)設(shè)計

按照最大化相同直徑和角度的支撐桿數(shù)量、所有支撐桿位于框架結(jié)構(gòu)表面、使用X形式的原則設(shè)計了如圖7所示的4種結(jié)構(gòu)。

四、結(jié)論

在導(dǎo)管架底部增加水平橫桿可以明顯減少導(dǎo)管架重量。水平橫桿均分了支腳上的水平載荷分量使支腳受到的彎矩減小。

四腳傾斜K型有橫桿為本次最優(yōu)結(jié)果，重量輕，接頭數(shù)量少。

參考文獻：

[1] Vries，W.E.de.Assessment of bottom-mounted support structure types with conventional design stiffness and installation techniques for typical deep water sites.s.l.：Upwind，2007.