导管架式海上风电机组基础结构
海上风电机组基础结构-第一章
基础的整体性好，承载能力较高，对打桩设备要 求较低。导管架的建造和施工技术成熟，基础结 构受到海洋环境载荷的影响较小，对风电场区域 的地质条件要求也较低。
1.1.2 国内海上风电发展概况
我国海上风电发展前景
根据我国2012年8月发布的《可再生能源“十二五”规划》： 2015年中国海上风电将达到5GW，海上风电成套技术将形 成并建立完整的产业链；
2015年后将实现规模化发展，达到国际先进水平；
2020年海上风电将达到30GW。
截止到2012年8月，我国已开展前期工作和拟建的海上风电 项目约24个。
我国海上风能资源
我国海上可开发和利用的风能储 量约2×105MW，海上风能资源 丰富，有巨大的蕴藏量和广阔的 发展前景，特别是东部沿海水深 50m内的海域面积辽阔，距电力 负荷中心很近，随着开发技术的 成熟，海上风电必将成为我国东 部沿海地区可持续发展的重要能 源来源。
江苏省海上风电开发布局图
1.1.1 国外海上风电发展概况
1.1.1 国外海上风电发展概况
丹麦
丹麦发展海上风电也较早，全国有6%的用电来自近海风电场。1991 年丹麦在波罗的海洛兰岛西北沿海附近建成了世界上第一个海上风 电场，安装11台450kW风电机组，1995年又建成10台500kW海上风 电机组，2003年还建成了当时世界上最大的近海风电场，共安装80 台2.0MW风电机组。出于对环境的考虑，丹麦的海上风电场只关注 那些偏远的水深在5~11m之间的海域，所选的区域须在国家海洋公 园、海运路线、微波通道、军事区域等之外，距离海岸线7到40km， 使岸上的视觉影响降到最低。根据丹麦政府能源计划法案，2030年 以前丹麦风力发电量将占全国总发电量的50%，其中，近四分之一 的风力发电量是由海上风电供给，最近，丹麦政府提出到2050年全 部摆脱对化石能源的依赖。
海上风电机组基础结构课件
能源安全
海上风力发电可以减少对 化石燃料的依赖，提高能 源安全性。
经济发展
海上风力发电项目可以促 进当地经济发展，提高就 业率，同时为政府带来税 收收入。
海上风电机组的基础结构类型
单桩基础
单桩基础由一个大型桩柱 和上部结构组成，通过桩 柱将机组重量传递到海底 地基。
导管架基础
导管架基础由一个或多个 导管架组成，上面安装有 叶片和机舱等设备。
疲劳分析
考虑到海上风电机组运行过程中承受的疲劳载荷 ，对关键部位进行疲劳分析和优化。
结构设计的优化
材料选择
选择高强度、轻质、耐腐蚀的材料，提高基础结构的性能和耐久 性。
构造优化
通过优化基础结构的构造方式，提高整体性能和稳定性。
细节处理
对关键部位进行细节处理，如加强筋、倒角等，提高结构的安全性 和可靠性。
安装质量控制
验收质量控制
在安装过程中，进行质量检验和监督，确 保安装精度和质量。
在验收时，进行质量检验和评估，确保基 础结构的质量和安全性。
安装过程中的问题及解决方案
定位精度问题
在安装过程中，可能存在定位精度不足的问题，导致安装 困难。解决方案是使用高精度的GPS等定位设备，提高定 位精度。
支撑架稳定性问题
浮体基础
浮体基础由浮体和锚链组 成，通过锚链将机组固定 在指定位置。
海上风电机组的基础结构材料
高强度钢材
用于制造桩柱、导管架和锚链 等结构件。
铝合金
用于制造叶片和其他轻量化部件。
复合材料
用于制造机舱罩、导流罩等部件， 具有轻量化和抗腐蚀等优点。
02
海上风电机组基础结构设 计
结构设计原则
安全性
海上风电机组基础结构应能够承 受极端自然环境和地震等自然灾 害的影响，确保结构安全性和稳
强震作用下导管架基础结构特性分析
山 西建筑SHANXI ARCHITECTURE第47卷第2期・56・4 0 0 1年6月Vol. 07 No. 2Jus. 2001DOI ：2. 13719/j. oki. 209-6525.2022 2.022强震作用下导管架基础结构特性分析沈骏1上海市水利工程设计研究院有限公司，上海200061）摘要:海上风电导管架基础结构作为应用广泛的固定式海上风机基础之一,具有能适应较大水深、稳定性好的优点。
采用时程 分析法输入Northridge 地震波，研究导管架基础结构的动力响应，结果表明塔筒顶端位移最大，位移随时间变化呈先增加后来减弱直至平稳的规律，与地震波加速度峰值相比，结构响应峰值存在一定的滞后,结构动力响应加速度不仅仅只与地震动峰值加速 度有关，还与地震波波频谱特性有着很大的关系。
越靠近桩底，结构等效应力越大，桩底处出现最大等效应力137 MPe 。
关键词:导管架基础,强震荷载，动力分析,ANSYS 中图分类号:TU312 3 文献标识码:A文章编号:209-3525 （2021） 2P056-040引言导管架作为一种钢结构,能较好地发挥其自重轻、塑性 变形能力强和延性好的优点。
由于钢材的延展性,导管架 基础结构曾被认为能够抵抗强烈的地震荷载。
然而, 294年1月1 2日美国加州San Fersanko Valley 北岭地震 中，陆域及附近海域大约有200多幢钢框架结构出现破坏, 1295年1月2日日本兵库县南部地区阪神地震中出现不 同程度破坏的钢结构建筑也高达985幢。
本研究针对海上 风电导管架基础，运用大型通用有限元软件ANSYS ,对受 到地震作用的导管架基础进行强度校核,得到基础的转角、 位移、强度，判断结构的安全性和稳定性。
1工程概况本文以渤海某海上风电导管架平台为例，上部结构采用NREL5 MW 风力发电机，风机高度为66 m,下部为四桩 型导管架基础结构,桩基础为直桩,导管架基础结构全部采 用的DH36钢圆管，整个工程处于水深为5。
海上风电机组基础结构-第三章
3.3.2 群桩承台基础的结构布置
桩基平面布置要求
① ② ③ ④ ⑤ 应安排好斜桩的倾斜方向，要避免桩与桩在泥面下相碰。 考虑到打桩偏差，两根桩交叉时的净距不宜小于50cm。 保证每根桩都能打，且施工方便； 不妨碍打桩船的抛锚和带缆； 尽量减少调船和变动打桩架斜度。
减小基础的沉降措施
①同一桩台下的基桩，宜打至同一土层，且桩端标高不宜相差太大；
整体性好，承载能力较高，对打桩设备要求较 低。并且导管架是在陆地上预制而成，施工相 对简便。但现场作业时间相对较长，其造价随 着水深的增加呈指数增长。
3.1.3 导管架基础
导管架基础应用条件
海上风电场中，考虑到建设成本，导 管架基础的适用水深为 0~50m ，最适 用于水深为20~50m的海域，因为当水 深超过 20m 时，相对于单桩基础和三 角架基础，导管架基础的用钢量更少。
3.1.1 单桩基础
单桩基础特征
单桩基础施工工艺较为简单，无需做任何海床准备，利用打桩、 钻孔或喷冲的方法将桩基安装在海底泥面以下一定的深度。
单桩基础施工
① 对于软土地基可采用锤击沉桩法，如丹 麦的Horns Rev项目，瑞典的Utgrunden项 目，爱尔兰的Arklow Bank项目和英国的 Kentish Flats项目。 ② 对于岩石地基，可采用钻孔的方法，边形 成钻孔边下沉钢桩，如瑞典的 Bockstigen 项目和英国的North Hoyle项目。
②当桩端进入不同的土层时，各桩沉桩贯入度不宜相差过大； ③同一桩台基桩桩端不应打入软硬不同土层。
3.3.2 群桩承台基础的结构布置
2）承台高程
承台的底部高程：应考虑使用要求、施工水位、波浪对结构的影响、 靠船检修、低潮时防止船舶直接撞击下部基桩的需要等因素。 承台顶高程：应从设计水位、设计波高、结构受到的波浪力综合考 虑。一般情况下，需保证基础上方塔筒与基础结合面不受海水浸泡 和波浪打击。
海上风电基础结构案例
海上风电基础结构案例咱今儿就唠唠海上风电基础结构的那些事儿，就像讲故事一样，可有意思啦。
先说说单桩基础结构吧。
这就好比海上风电的“定海神针”。
你看啊，在某个海上风电场里，有这么一根根巨大的单桩。
那桩径啊，粗得就像好几个成年人手拉手才能抱住。
它直直地插进海床里，深度那也是相当惊人。
为啥要这么个大家伙呢？简单来说，它得撑起整个风力发电机这个庞然大物啊。
风一吹，风机呼呼转，单桩基础要是不结实，那不就像个站不稳的大个儿，“噗通”就倒海里去了。
而且啊，单桩基础在安装的时候，那也是个大工程。
要动用超级大的打桩船，就像一个海上的钢铁巨兽，把这单桩一点一点地打到预定的深度。
这个过程就像是把一根巨大的钉子使劲儿钉进一块特别硬的木板里，得费好大的劲儿呢。
再讲讲导管架基础结构。
这东西看起来就像一个超级复杂的大架子。
想象一下，它就像一个海上的钢铁巨人的骨架。
导管架基础是由好多根钢管焊接在一起组成的。
比如说在某个风电场的建设中，这个导管架被稳稳地安置在海床上。
它的优势在哪呢？它就像一个很稳当的三脚架一样，能提供很好的稳定性。
对于一些在比较深海域的风电场，导管架基础就特别合适。
因为它可以分散风力发电机所带来的各种压力。
而且这个导管架基础在安装的时候也有讲究。
要先在陆地上把它组装好，这就像是搭一个巨大的积木，只不过这个积木超级重。
然后再用专门的船运到海上，再小心翼翼地放到海床上，这个过程就像是在海上放一个超级精密的大仪器一样，一点儿都不能马虎。
还有浮式基础结构呢。
这个就更有趣啦。
浮式基础就像是一个海上的大浮漂，不过这个浮漂可厉害了，上面还驮着风力发电机呢。
有这么一个案例，在一片比较开阔而且水很深的海域，用浮式基础结构就特别合适。
浮式基础可以随着海浪上下浮动，就像一个海上的舞者一样轻盈。
但是你可别以为它就是随便漂着，它是通过特殊的系泊系统固定在一定的海域范围内的。
就像放风筝一样，风筝能飞但是线牵着它不会跑太远。
这个浮式基础的设计，能适应更深的海域，而且对于一些海域条件比较复杂，比如说海床特别不平整的地方，浮式基础就像是一个万能钥匙一样，能很好地解决问题。
海上风电风机基础结构形式及安装技术
海上风电风机基础结构形式及安装技术摘要：海上风力发电是未来主要风能趋势，且海岸滩涂风力储量丰富，具有巨大开发潜力。
但是海上存在复杂区域条件和不稳定地形，直接开发很容易引起海底土壤侵蚀和液化，这直接影响到海上风力发电机基础安全性和稳定性。
针对现有风力发电机基础，本文分析现有海上风力发电机基础结构形成，探讨其施工安装技术。
关键词：风机基础；单桩基础；安装技术前言：随着传统热能发展停滞，新能源增长会成为全球趋势。
由于热力和煤炭资源不足，清洁能源成为全球能源领域的热门话题。
风力发电作为清洁、无污染的可再生能源，越来越受到人们关注，本文将对海上风电风机进行分析探讨。
1 现状风能具有可持续发展，是一种清洁无污染能源，是未来能源发展方向。
面对我国当前环境污染现实和环境保护以及节能减排的迫切需要，海上风电将进入发展黄金时代。
故此，近年来将是海上风电发展爆发阶段。
海上风电机组安装，现已建成许多套，在基础上对风力发电机进行综合提升[1]。
2 基础结构形式通常，海上风力发电机形态基础结构主要包括重力基础、单桩基础、高桩承台基础、多桩基础及导管架式基础、吸力锚基础，详见下表。
2.3 高桩承台基础高桩承台基础需要根据实际地质条件和施工难度施工，其外围桩通常从一定角度向内倾斜。
地基应用于风电设备建造前，它是由基桩和上部承载平台组成，是沿海码头常见结构。
优点是对水平位移受力和阻力有利；缺点是基底较长，整体结构较重，因此适合于深度小于20米浅海海域。
2.4 多桩基础多桩基础使用多个钢堆，管道方向上部连接在钢桁架基础部分，基础上部连接在塔筒上。
多桩基础主要用于大规模风力发电园区和水深海域，在许多国家都有使用。
适合水深300米内海洋地区，不适合海底岩石多发地区情况。
多桩基础在海上石油和生产平台建设上非常成熟，可以应用于大众化和海上风能。
其优点包括质量轻、基础强度高、安装技术成熟，适用于深海；缺点是需要大量钢材，生产时间长，成本相对高，安装易受到天气影响[3]。
导管架式海上风电基础结构分析
（4）施工工艺
导管架式海上风电基础的施工工艺主要包括以下几个步骤：
（1）施工准备：对海域进行勘察，了解海床地形、水深、潮汐等信息，制 定施工方案。
（2）桩基施工：在海床钻孔，然后浇筑混凝土形成桩基。
（3）导管架安装：将导管架的各段杆件连接起来，形成完整的空间框架结 构。
（4）上部结构安装：完成导管架安装后，进行上部结构的安装，包括风力 发电机组、电气系统、控制系统等设施的安装。
3、环保优势：海上风电项目本身就是一个清洁能源项目，而导管架式海上 风电基础结构的施工过程相对其他类型的基础结构对环境的影响更小，具有更高 的环保性。
四、应用场景
导管架式海上风电基础结构适用于各种类型的风电项目，包括近海风电和远 海风电。在近海风电项目中，导管架式基础结构可以深入海床进行支撑，对于复 杂的海洋环境具有较强的适应性。在远海风电项目中，由于水深较大，采用导管 架式基础结构可以提高结构的稳定性，确保风力发电机组的正常运行。同时，导 管架式基础结构也适用于潮汐、波浪等环境恶劣的海域。
其次，海上风电项目的规模和容量不断扩大，对导管架式基础结构的承载能 力和稳定性提出了更大的挑战。因此，研发更大直径、更高承载力的导管架式基 础结构将成为未来的重要研究方向。此外，随着数字化技术和智能控制技术的应 用，对导管架式基础结构的监测和维护也将成为未来的重要发展方向。通过实时 监测和智能控制，可以实现对基础结构的早期损伤检测和预防性维护，提高整个 风电项目的可靠性和经济性。
二、结构特点
导管架式海上风电基础结构是一种由导管架、桩基和上部结构组成的基础设 施。其设计要求严格，需要承受巨大的风力、海浪和海冰等自然荷载。以下是导 管架式海上风电基础结构的几个主要特点：
1、结构构成
一种海上风电导管架基础结构[实用新型专利]
![一种海上风电导管架基础结构[实用新型专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/99022703551810a6f52486f3.png)
专利名称：一种海上风电导管架基础结构专利类型：实用新型专利
发明人：田振亚,朱荣华,李凤
申请号：CN201420256234.8
申请日：20140519
公开号：CN203808097U
公开日：
20140903
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型公开了一种海上风电导管架基础结构，包括横截面呈三角形排列的三支导管，导管的上部连接有三角形的支撑平台，支撑平台包括与主筒体及导管焊接的上封板、下封板以及上下两侧分别焊接在上封板、下封板上的侧梁、辅梁和主梁，主梁呈120度分布，两端分别与主筒体及导管焊接，侧梁沿支撑平台的边线排布，两端分别与导管上端焊接，辅梁垂直于侧梁，两端分别与主筒体及侧梁焊接，此海上风电导管架基础具有结构简单、应力分布合理、重量较轻、高动应力区少、成本低等优点。
申请人：广东明阳风电产业集团有限公司
地址：528400 广东省中山市火炬开发区火炬路22号
国籍：CN
代理机构：广东中亿律师事务所
代理人：魏永才
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浅谈导管架式海上风电基础结构分析
浅谈导管架式海上风电基础结构分析风能是清洁性能源，具有可再生性以及独特的优越性，随着社会和科技的不断进步，推动了海上风能的开发以及利用。
在海上风电产业发展的背景下，我国对新型能源的需求量在不断增加，从而促使海上风机发展成海洋工程结构物，目前，我国已经建成的具有代表性的海上风电场有山东的荣成项目、上海的东海大桥项目等。
标签：导管架式；海上风电；基础结构风能是一种清洁性能源，具有可再生性、可利用性、长期性、周期性等特点。
风能与煤炭、石油等化石能源的特性不同，不存在能源勘探、能源挖掘、能源加工等问题，在其使用过程中，不会因为使用量的增加而减少，其中风能的应用主要是风力机发电，而海上风力机会受到海洋环境以及桩基结构的影响。
一、海上风电基础结构型式目前，针对海上风电的开发阶段，降低海上风电场建设的经济投资是海上风电开发和利用的关键，其中经济投资中成本占比最大的是风电机组基础结构的建设成本，而这部分也直接影响风机运行的结构稳定性和安全性，因此，风电基础结构的研发成本低、可靠稳定性高，能够保证海上风电场的顺利建设[2]。
在海上风电场的利用和发展过程中，通过对海上固定式平台基础结构的加工和衍变，形成了我国现有的海上风机基础结构，根据海上风机装机容量的不同，以及海水深度、海水环境、建设投资的不同，可以将海上风电基础型式分为以下四种：①重力式基础：是指海上风电基础结构需要依靠其自身的重力来维持结构的稳定性和强度性，常见的型式是钢筋混凝土结构。
如图1所示②桩承式基础桩承式基础结构受力模式和建筑工程中传统的桩基础类似，由桩侧与桩周土接触面产生的法向土压力承担结构的水平向荷载，由桩端与土体接触的法向力以及桩侧与桩周土接觸产生的侧向力来承载结构的竖向荷载。
桩承式基础分类按材料分：钢管桩基础和钢筋混凝土桩基础；按结构形式分：单桩基础、三脚架基础、导管架基础和群桩承台基础。
如图2所示③浮式基础：是指利用系泊或者锚杆在海底进行位置的固定，通过三力的平衡来维持海上风机基础结构的稳定性，其中三力是指自身重力、系缆回复力、结构浮力，并且还能够精准控制海流影响产生的摇晃角度。
一种海上风电单筒导管架基础结构[实用新型专利]
![一种海上风电单筒导管架基础结构[实用新型专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/35c9ed40cbaedd3383c4bb4cf7ec4afe04a1b123.png)
专利名称：一种海上风电单筒导管架基础结构
专利类型：实用新型专利
发明人：李涛,熊根,沈侃敏,张权,何奔,郇彩云,陈法波,王新峰,张杰,许光明
申请号：CN202121328208.8
申请日：20210615
公开号：CN216007032U
公开日：
20220311
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型提供了一种海上风电单筒导管架基础结构，包括筒体结构，筒体结构的上方连接导管架结构，导管架结构顶部连接风机塔筒，所述筒体结构内部设置多块周向间隔布置的分舱板，所述导管架结构具有数量与分舱板一致的弦杆，多根所述弦杆通过连接结构与分舱板一一对应连接。
本实用新型适用于30m以上的深海区域，可推进单筒基础一步式安装技术在深海区域的规模化应用。
申请人：中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司
地址：310014 浙江省杭州市潮王路22号
国籍：CN
代理机构：浙江杭州金通专利事务所有限公司
代理人：刘晓春
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(完整版)海上风电场+风机基础介绍
海上风电场风机基础介绍技术服务中心业务筹备部前言近年来，国家对清洁能源特别是风电的发展在政策上给予了很大支持，使得中国风电得到蓬勃发展。
风力发电作为新能源领域中技术最成熟、最具规模化开发条件和商业化发展前景的发电方式，获得了迅猛发展。
随着风电机组从陆地延伸到海上，海上风电正成为新能源领域发展的重点。
本文结合国内外海上风电场具体的风机基础，对现有的海上机组的基础类型逐一介绍，目的是对海上风机基础形成一个初步的了解，为公司日后的海上服务业务做铺垫。
为人类奉献白云蓝天，给未来留下更多资源。
2目录1 风机基础类型--------------------------------------- 4 1.1 重力式基础----------------------------------------- 4 1.2 单桩基础------------------------------------------- 6 1.3 三脚架式基础--------------------------------------- 8 1.4 导管架式基础-------------------------------------- 10 1.5 多桩式基础---------------------------------------- 111.6 其他概念型基础------------------------------------ 122 海上风力发电机组基础维护 -------------------------- 14为人类奉献白云蓝天，给未来留下更多资源。
3为人类奉献白云蓝天，给未来留下更多资源。
4 1 风机基础类型1.1 重力式基础重力式基础,顾名思义是是靠重力来追求风机平衡稳定的基础,重力式基础主要依靠自身质量使风机矗立在海面上,其结构简单，造价低且不受海床影响，稳定性好。
缺点是需要进行海底准备，受环境冲刷影响大，且仅适用于浅水区域。
海上风电机组基础结构-第三章
3.1.4 群桩承台基础
群桩承台基础组成
群桩承台基础主要由桩和承台组成， 承台采用钢筋混凝土结构。
群桩承台基础特点
结构刚度大、整体性好，但施工工序 较多、自重大、需桩多，承台现浇工 作量大。
群桩承台基础适用条件
主要适用水深为0~25m，适合离岸距离 不远的海域施工。
3.2 桩承式基础的一般构造
3.2.1 桩
3.4.1 桩的承载力计算 3.4.2 桩的承载力验算 3.4.3 抗裂与裂缝宽度验算
3.4.1 桩的承载计算
桩的承载主要包括 抗压承载力、水平承载力和抗拔承载力。
摩擦桩：由桩侧摩阻力和桩端阻力组成 抗压承载力 端承桩：桩端阻力起主要作用 抗拔承载力：仅有桩侧摩阻力
3.2.2 靠船防撞设施
3）警示装置设计
① 警示装置设计是防撞设计的重要内容。所有处在外围的风塔基础均 需设置夜间和雾天警示灯，警示灯布置在基础醒目位置。为防止个 别警示灯意外损害，每个基础需布置多套警示灯。
② 若海上风电场与海上航线接近，航道边应设置浮标。同时靠近航线 侧的风塔基础应设置雷达应答器，以便装有雷达装置的较大型船舶 能及早发现障碍物，避免越过浮标位置碰撞风塔基础。
（a）立面示意图 图 3-3 （b）平面布置示意图 三桩门架式基础
3.1.2 三脚架基础
门架式基础施工
采用先打桩后放导管架的施工方式，要求严格控制桩 的打桩精度，对打桩设备的能力及打桩精度要求提高， 确保上部门架准确定位。为将灌浆提高至水面以上， 桩顶标高需高出水平面；为防止波浪荷载作用，方形 梁底高程大于极端高潮位+2/3H1%，上部门架可采用空 间梁板结构。上部门架与钢管桩之间采用高强灌浆料 连接。
3.1.2 三脚架基础