大型海上风电站3篇

大型海上风电站3篇大型海上风电站　　大规模海上风电并网方式的研究　　沙志成;张丹;赵龙　　【摘要】在风力发电等可再生能源技术高速发展的潮流下,对比分析了适用于海上风电场下面是小编为大家整理的大型海上风电站3篇,供大家参考。

篇一：大型海上风电站

　　大规模海上风电并网方式的研究

　　沙志成;张丹;赵龙

　　【摘要】在风力发电等可再生能源技术高速发展的潮流下,对比分析了适用于海上风电场的高压交流、常规高压直流和柔性直流输电3种并网方式.简要介绍了柔性直流输电的工作原理,详细说明了柔性直流输电技术在风电并网上的应用情况,并着重探讨柔性直流输电并网的经济性,认为柔性直流输电技术在海上风电传输领域有广阔应用前景.这对于满足我国清洁高效的能源利用有着显著的意义.%Inthecontextoftherapiddevelopmentofwindpowerandotherrenewableenergytechnology,thispapercomparativelyanalyzesthethreedifferentmodesofpowertransmissionofoff-shorewindfarm:HAVC,LCC-HVDCandVSC-HVDC.TheworkingprincipleofVSC-HVDCtransmissionsystemisintroducedbriefly;theapplicationofVSC-HVDCtechnologyinwindpowergridintegrationisdescribedindetail,emphaticallyitseconomy.ItindicatesthattheapplicationofVSC-HVDCinthefieldofoff-shorewindpowertransmissionhasbroadprospectandgreatsignificanceofmeetingtheneedsofcleanandefficientenergyuseinChina.

　　【期刊名称】《电力与能源》

　　【年(卷),期】2017(038)002

　　【总页数】4页(P158-161)

　　【关键词】海上风电;交流输电;常规直流输电;柔性直流输电

　　【作者】沙志成;张丹;赵龙

　　【作者单位】山东电力工程咨询院有限公司,济南250013;山东电力工程咨询院有限公司,济南250013;国网山东省电力公司经济技术研究院,济南250002

　　【正文语种】中文

　　【中图分类】TM73

　　相比于陆上风电，海上风电具有建设规模和机组单机容量大，靠近电力负荷中心，并网和消纳相对容易等特点.由于风机距离海岸较远，视觉干扰、噪声很小,海上风电还具有资源丰富、年利用小时数高、风速稳定、不占用土地资源、对生态环境影响较小等优势，在欧洲和美国等发达地区发展迅速。我国海上风能资源丰富，大陆海岸线长约18000km，水深2～15m的海域面积辽阔，全年风速≥6m/s的时数为4000h，开发潜力巨大。另外，土地资源相对紧缺的东部沿海经济发达地区，能源供应结构有待优化，开发丰富的海上风能资源已经成为我国能源战略的一个重要内容。我国于2006年开始海上测风，第一个大型海上风电项目——上海东海大桥海上风电场于2008年建成投产。但受建设成本、电价水平、海洋规划、技术积累等因素制约，我国海上风电发展较慢。随着海上风力发电技术的逐渐成熟和设备国产化比例的提高，建设和运行成本将大幅降低，海上风电将成为未来新能源发展的重点。风力发电的波动性、间歇性和随机性导致了目前风电功率预测准确程度普遍偏低，同时大规模的风电并网会导致系统潮流、有功频率特性、无功电压特性等的变化，特别是网架结构比较薄弱的电网集中并入大规模风电时，系统的安全稳定运行将受到影响。另外，对于陆上风电、光伏等新能源在电网中所占比例较高的区域，海上风电接入电网会遇到更多问题。因而，海上风电接入电网时，需确保满足一定的性能指标，包括系统稳定性、暂态恢复能力、无功支撑能力、电压调整率、频率调整、电能质量等。为减少海上风电带来的不利影响，可以通过加强地区间电网和陆上电

　　网的网架结构，提高电网输送能力和系统的安全可靠。海上风电场的并网方式分别是高压交流并网(HighVoltageAlternatingCurrent,简称HVAC)、高压直流输电方式并网(HighVoltageDirectCurrent,简称HVDC)。HVAC方式具有结构简单、成本较低等特点，发展最为成熟。目前，使用HVAC是绝大多数陆上风电场并网的选择。但对于规模较大的海上风电场，随着并网距离的增加，输电损耗上升较快,如果增大海底电缆截面和提高传输电压等级，将导致投资成本的急剧增加。另外，对于距离岸边较远的海上风电，为了抑制过电压水平，需要加装较大的感性无功设备补偿并网电缆的充电功率。同时,海上风电场交流系统必须与其接入的电网保持同步，受到扰动后仍要维持系统的同步运行。因此实际工程中该方法一般只用于传输容量小、传输距离短的风电接入系统。距离海岸小于50km且建设规模小于200MW海上风电场普遍采用HVAC方式。将HVDC技术应用于风电并网，特别是对于远距离海上风电场，具有明显优势：(1)海上风电采用HVDC方式后，不需要与陆上电网保持同步，因此，海上风电场系统频率的允许变化范围较大，电网的每个联络终端都具有很强的独立性，可以依照自己的控制策略运行。(2)长距离的交流电力电缆受充电电流的影响，电力传输能力受限，而HVDC电缆的充电电流则非常微小，因此，输电距离可以不受限制。(3)能够隔离海上风电系统和陆上电网的故障，某些情况下，HVDC系统还可以参与故障后的状态恢复。(4)可以设定和控制直流传输系统的潮流。(5)传输同样容量的功率HVDC方式损耗低，整个直流系统的运行损耗将低于等效的HVAC系统。(6)在相同的运行条件下，单根HVDC电缆的传输容量高，三相交流线路的传输容

　　量仅为同样规格的一对直流电缆的60%。高压直流方式主要有两类，常规直流输电方式(LCC-HVDC)和柔性直流输电技术(VSC-HVDC)。常规直流输电采用基于线换相换流器，柔性直流输电采用基于自换向的电压源换流器。LCC-HVDC并网方式下为确保换流器正常换相，需要交流侧电网提供连续的换相电压，风电出力的不稳定性会导致发生换相失败故障的概率较高，海上风电场安全稳定运行的能力大大降低。输送功率相同情况下，常规直流工程占地较大，超过交流和柔性直流输电方案占地面积的两倍以上；另外，当风力不够或者风力过大从系统中切除风机后，为保证系统稳定运行同时给风电场处的负荷供电，系统将向风电场有限度地传输有功功率，这时需要对风电侧系统进行无功补偿，但常规直流本身不能够发出无功，而且还需要增加大量的无功补偿装置，换流站的占地面积也会相应的加大，考虑到海上平台的建设难度，因此常规直流输电不适合海上风电场使用[1]。柔性直流输电是以脉宽调制技术(PWM)和IGBT等全控型器件为基础，通过高可控性电压源型换流器(VSC)中电力电子器件的开通和关断来改变输出电压的相角和幅值，达到分别独立控制交流侧有功和无功功率的目的，实现风电功率输送和稳定电网运行。作为新一代直流输电技术，在完善常规输电技术存在的一些固有缺陷[1]等方面卓有成效，解决了常规HVDC面临的诸多难题，为变革输电方式和构建未来网络格局提供了全新的解决方案。VSC-HVDC输电系统(双端)的结构如图1所示。系统中两个电压源换流器VSC2和VSC1分别用作逆变器和整流器，全控换流桥和直流侧电容器是其主要部件。全控换流桥的每个桥臂均可以满足一定技术条件下的容量需求，由多个门极可关断晶体管GTO或绝缘栅双极晶体管IGBT等可关断器件组成。为保证整个换流器连续可靠工作，直流侧电容可以起到稳定直流电压并为换流器提供电压支撑的作用；

　　交流侧换流变压器是VSC与交流系统间能量交换纽带；交流侧换流电抗器和滤波器的作用是滤除交流侧谐波。相比于常规直流输电，柔性直流输电技术具有以下优点：(1)可以向无源网络供电。由于柔性直流输电采用了IGBT等全控型器件，VSC电流可以自关断，即在没有另外增加换相电压的情况下，就能够在无源逆变方式下稳定工作，从而实现了向孤立无源网络供电。(2)有功和无功之间能够独立解耦控制并实现潮流快速翻转。在正常工作状态时，由于换流器具有可随时开关的特点，柔性直流输电不仅可以精准地分别控制有功和无功，而且在不改变电压的条件下，只需改变电流的方向就可以相应翻转潮流，实现对系统的灵活控制。(3)在IGBT开关过程中可以有效地降低谐波分量的产生，也大大减少无功功率的需求。柔性直流输电不需要安装传统直流输电的诸多滤波设备，一般情况下只要将一组低通滤波器安装在交流母线上就可以使谐波电压指数符合规定标准。(4)可以起到STATCOM作用，即不仅不需要从交流系统吸收无功功率，而且能够动态地向交流网络提供无功，抑制电压波动和闪变，保持母线电压稳定。当某区域电网发生故障时，只要VSC具备足够大容量，在设备允许范围内，该换流器可立即向该区域电网同时提供无功和有功功率，从而提高AC系统的功角和电压的稳定性。(5)在系统短路时由于换流器AC侧电流可控，输送功率不会上升，增加同类系统后，也无需重新整定交流系统负责保护的相关设备或者装置。(6)不需要配置传统直流输电工程中为得到理想电压而专门设置的变流变压器。这是因为开关造成的谐波大都集中在高频区，而VSC在脉宽调制控制下的开关频率普遍偏高，因此，只要装设相应的低通滤波器就可以将谐波滤除。(7)各个VSC之间可单独控制，无需通信。由于根据相邻的交流系统可实现自动控

　　制和网络远端控制技术的进步，所以人工维护工作量得到大幅度削减。(8)柔性直流输电一般不采用架空线路，而采用地下电缆，减少线路走廊施工环节，减少对环境产生的影响。柔性直流输电技术优异的可控性能不仅可以提高风电场、太阳能并网时抗干扰能力，而且可以有效地改善风电系统电能质量和低电压穿越能力，并网系统对暂态性能的要求也得到满足[2]。因此，柔性直流输电技术是解决大规模可再生能源的集中并网问题的重要手段。作为世界上首个柔性直流输电工程，瑞典Hellsjon试验工程已于1997年成功运行。目前，VSC-HVDC技术已经在我国开始了工程和商业应用，±320kV厦门柔性直流输电科技示范工程于2015年正式投运，是目前世界上电压等级最高、输送容量最大的柔性直流工程。将世界各国已投运或在建的VSC-HVDC工程输电电压和容量进行统计，送电功率一般在1000MW以内，交流侧电压在10～320kV之间，整理分析后绘制成统计曲线(如图2所示)。离岸距离较大的海上风电场通过SVC-HVDC方式并网已经成为德国、英国等欧洲国家的发展方向。柔性直流输电可以控制系统短路电流和进行谐波污染治理，对于改善电网电能质量也大有帮助。另外，有数据表明其在远距离、小容量送电时也十分具有竞争力。目前，世界上已有多个风电场采用VSC-HVDC技术来输送电力，以瑞典的Gotland送电工程为例，采用柔性直流输电技术后，利用地下直流电缆大大减少对周围环境产生的影响，不仅大大提高了风电场内部交流系统的功角、电压稳定性和风能利用率，而且改善了Gotland岛南部电网的电能质量[3]。在可靠性指标相当和输送功率相同的条件下，虽然直流输电中换流站部分的投资造价比交流输电中变电站要昂贵很多，但HVAC需要3根电缆，而LCC-HVDC和SVC-HVDC双极型则只需要2根电缆，单极型甚至只需1根电缆，而且直流电缆建设成本更低。因此当输电距离逐渐增加，交流输电较直流输电电缆费用增长要快，

　　当达到一定值时，两种方式的建设总成本可以相等，这个距离就称为交直流输电等价距离[4]，如图3所示。从图3可以看出，虽然交流变电站的建设费用要低于直流换流站，但是由于敷设交流电缆的单位成本要比直流电缆的成本高，因此当输电距离大于等价距离时，相比于HVAC方式，采用HVDC输电更经济，且距离越长HVDC的经济性越明显。在目前的施工工艺和变流装置价格水平下，两种方式的海底电缆线路输电等价距离为90km左右，并且随着技术的进步，换流站设备的制造成本将不断下降，等价距离也将会相应地减小。一般来说，距离海岸在100km内、建设规模小于150MW的海上风电场，相对其他2种直流并网方式，采用HVAC具有更大的优势。建设规模在150～400MW之间的海上风电场时，考虑到海上换流站的施工费用和安装难度的因素，采用VSC-HVDC方式比常规HVDC在经济和技术上更为优越。当海上风电场设规模超过400MW时，常规HVDC方式占有优势。综上所述，VSC-HVDC将电力电子技术与现代控制技术结合，简化大型风电场结构，能够通过其换流器的控制方案实现独立解耦控制有功功率与无功功率的能力。具有易于扩展，紧凑化、模块化设计和实现多端直流输电等优点，很适合对无源网络进行供电。随着VSC-HVDC技术的不断进步，输送容量、直流侧电压、传输距离、控制技术等技术参数也逐步提高，采用其输电的工程数量越来越多。在风力发电等新能源技术高速发展的潮流下，基于电压源型换流器技术的VSC-HVDC凭借其较强的技术优势，将成为必不可少甚至是唯一的输电手段，对于满足我国清洁高效的能源利用的需要，有着显著的意义。

　　【相关文献】

　　[1]廖勇，王国栋．双馈风电场的柔性高压直流输电系统控制[J]．中国电机工程学报，2012，32(28)：7-15，24.LIAOYong,WANGGuodong.VSC-HVDCsystemcontrolforgrid-connectionofDIFGwindfarms[J].ProceedingsoftheCSEE,2012,32(28):7-15,24.[2]刘亚磊，李兴源，曾琦，等．多端多电平柔性直流系统在海上风电场中的应用[J]．电力系统保护与控制，2013，41(21)：9-14.LIUYa-lei,LIXingyuan,ZENGQi,etal.VSC-MTDCsystembasedonMMCforoffshorewindfarms[J].Relay,2013,41(21):9-14.[3]徐科，吴超，杨晓静，等．VSC-HVDC系统风力发电结构分析与控制[J]．电网技术，2009，33(4)：103-108.XUKe,WUChao,YANGXiaojing,etal.StructureanalysisandcontrolofwindpowergenerationinVSC-HVDC[J].PowerSystemTechnology,2009,33(4):103-108.[4]曾丹，姚建国，杨胜春．柔性直流输电不同电压等级的经济性比较[J]．电力系统自动化，2011,35(20)：98-102.ZENGDan,YAOJianguo,YANGShengchun,etal.EconomycomparisonofVSC-HVDCwithdifferentvoltagelevels[J].AutomationofElectricPowerSystems,2011,35(20):98-102.

　　

　　

篇二：大型海上风电站

　　作业一：到目前为止，我们陆续学了太阳能发电、风力发电、潮汐发电和海洋能多种发电形式，加上火力发电这五种发电形式中，就我国发电与用电量和经济环境角度来讲，火力发电已经封顶，目前风力发电已较为成熟，太阳能发电很有潜力有很大的发展空间，潮汐发电与海洋能发电发展受环境限制，目前突破很难，我个人这么认为，而且我很喜欢风力发电，在我们东北地区风力发电发展的还是挺好的。我国风电(陆地)最大的风电在内蒙和新疆一带

　　1、新疆达坂城风电场新疆达板城风电厂是中国第一个大型风电厂，目前安装有200台风车，年发电量为1800万瓦。新疆是中国风力资源最丰富的地区之一，每年风蕴藏量为9127亿千瓦，仅次于内蒙古。新疆正在利用风力资源发电，风力发电将成为新疆未来重要的替代能源。2、内蒙古赛罕坝风电场：全国最大风电场据了解，2004年9月23日，大唐集团在内蒙古赤峰市注册成立了大唐赤峰赛罕坝风电公司，全面开发赛罕坝地区风能资源。2005年，赛罕坝风电公司完成了一期36台、共计3万千瓦的风力发电机组的安装调试任务，实现了当年设计、当年施工、当年投产的目标。2006年4月25日，赛罕坝风电二、三、四期工程同时开工建设。2006年4月28日，大唐集团与韩国电力公社合资成立了大唐（赤峰）新能源有限公司，合作建设赛罕坝风电二、三、四期工程。并在7个月时间里完成了164台、共计14万千瓦风力发电机组的安装调试任务。

　　我国海上风电最大的风电在上海一带

　　1、上海东海大桥海上风电场是我国第一个大型海上风电示范项目，也是欧洲以外第一个海上风电项目上海东海大桥海上风电场发电量可达2.6亿千瓦时，上网电量1.88亿千瓦时，年可利用率达到95.05%。，东海大桥海上风电场二期工程将于今年年底竣工，届时两期工程合计总装机容量将达20万千瓦。东海大桥海上风电场平均水深10米，共安装34台单机容量3000千瓦的离岸型风机，总装机容量10.2万千瓦，项目总投资22.8亿元。据介绍，东海风电一期工程每年可减少标煤消耗量约8.6万吨，减排二氧化碳约23万吨。目前，有关部门已经向国家能源局报批二期工程，二期工程总装机容量为10万千瓦，共由26台风机组成，其中有一台为5000千瓦，是目前亚洲单机容量最大的风机，其余风机单机容量为3600千瓦。随着东海大桥海上风电场发电量的攀升，上海电力的新能源应用正走向成熟。预计今年年底，并入上海电网的风电机组总容量将达31万千瓦，光伏发电并网总容量将超过10万千瓦。

　　2013年中国风电累计发电量已达到1371亿千瓦时

　　国家可再生能源信息管理中心2014年1月2日发布《2013年度全国风电建设快报》。经初步统计，截止2013年12月31日，2013年全国风电累计核准容量13425万千瓦。其中，并网容量7758万千瓦，在建容量5667万千瓦，并网容量占核准容量比例为58%。2013年度全国风电新增核准容量2755万千瓦，同比增长10%；新增并网容量1492万千瓦，同比增长约0.6个百分点。2013年全国风电年上网电量为1371亿千瓦时，同比增长36%。作业二:机翼两侧压力差变化压差阻力的产生是由于运动着的物体前后所形成的压强差。气流流到平板的前面，受到阻拦，速度降低，压强增加，形成高压区（用“+”表示）；气流流过平板后，压强降低，形成低压区（用“―”表示），并形成许多漩涡，这就是气流分离。由于板的前面压强大大增加，后面压强减小。前后形成了很大的压强差，因此而产生很大的阻力，这种阻力称为压差阻力。压差阻力的大小同物体的迎风面积、形状以及在气流中的位置有关。物体的最大迎风面积越大，压差阻力也越大。

　　(a)翼型上的压力分布1—翼型2—吸力3—压力

　　(b)气动合力及力矩

　　当气流流过翼型时，可以把作用在翼型上的空气动力R分解为垂直翼弦的法向力L1和平行于翼弦的切向力D1。我们规定使翼型抬头的力矩为正，则空气动力对F点的力矩可写为MyP＝－L1(xP-xF)≈－L(xP-xF)改用力矩系数的形式表示为α不但影响R的大小，同时还改变其作用点(压力中心)。为此，变换不同的迎角作实验，求出各个迎角下对应的升力系数CL和力矩系数Cm，画出Cm与CL曲线，如图可见，当CL不太大时曲线近似呈直线，不同的F可得到不同的斜率。因此总能找到一点，其Cm几乎不随CL而变化，这样的点在空气动力学中称之为焦点(或空气动力中心)。由于升力增加时，升力对焦点的力矩不变，因此，焦点实质上是迎角增加时升力增量的作用点。低速时，焦点一般在25%机翼弦长附近。焦点距前缘的相对位置绕该点的力矩系数用Cm0表示。对于已选定的翼型，它们都是定值，可见压力中心并非焦点，它是随CL的增大而前移，并逐渐接近焦点。

　　

　　

篇三：大型海上风电站

　　海上风电场风机基础介绍技术服务中心业务筹备部

　　前言

　　海上风电场风机基础介绍

　　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。

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　　目录

　　海上风电场风机基础介绍

　　1风机基础类型---------------------------------------41.1重力式基础-----------------------------------------41.2单桩基础-------------------------------------------61.3三脚架式基础---------------------------------------81.4导管架式基础--------------------------------------101.5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

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　　1风机基础类型

　　海上风电场风机基础介绍

　　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。优点是不需要打桩，直接减少了施工噪声。

　　如图1-1所示。

　　图1-1重力式基础示意图

　　世界上早期的海上风电场都是采用的重力式，钢筋混凝土结构，其结构原理较简单，适合水比较浅的区域，适用水域0-10m，重力式基础造价成本相对比较低，其成本随着水深的增加而增加，不需要打桩作业。重力式基础的制造过程是在陆地上，通过船舶运输到指定地点，基础放置之前要对放置水域地面进行平整处理，凿开海床表层。基础放置完成之后用混凝土将其周边固定。

　　ThorntonBank海上风电场是比利时第一个海上风电场，也是世界上第一个使用重力底座的商业海上风电场。该风电场位于比利时海岸线以北27-30公里处，水深12-27.5米。该风电场使用重力底座，钢筋水泥结构，中空，建造和运输重

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　　海上风电场风机基础介绍

　　量在1200吨左右；安装后使用细沙或碎石填满，总重量超过6000吨。为了安装这种风电机底座，施工单位动用了总数超过100次各种船只和海上平台，其中包括当时（2007年）世界上做大的起重船Rambiz(最大起重重量3300吨)。

　　图1-2就是在陆地上建设中的底座。

　　图1-2ThorntonBank海上风电场使用的底座

　　ThorntonBank海上风电场施工过程：1)用挖掘船将安装风电机处的海底挖开大概4.5米深的坑，面积大约为

　　50x70米；2)使用碎石将挖出的坑找平，平面误差不能超过5厘米（目的是使坑底部

　　平整度达成一致）；3)用运输船将造好的底座运到安装点，并下沉；4)使用吸泵往底座中抽海砂，待水沙分离后将水抽出；5)使用细沙或者碎石将挖出的坑填满并夯实。重力式基础缺点：水下工作量大，结构整体性和抗震性差，需要各种填料，且需求量很大；

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　　海上风电场风机基础介绍

　　重力性基础随着时间的长远，必然存在一个下沉的问题，这与其本身结构、风电场地质结构、施工方式有关；

　　船舶运输、基础在海中施工成本大，费时费力，且需要运输基础底座沉箱的船舶要求很高；

　　目前国内海上风电场没有使用重力式基础的案例，国外也基本不采用了此种基础建设方式。

　　1.2单桩基础即“单根钢管桩基础(monopile)”，其结构特点是自重轻、构造简单、受力

　　明确。单桩基础由一个直径在3～4.5m之间的钢桩构成。钢桩安装在海床下18～25m的地方，其深度由海床地面的类型决定。单桩基础有力地将风塔伸到水下及海床内。这种基础的一大优点是不需整理海床。但是，它需要防止海流对海床的冲刷，而且不适用于海床内有巨石的位置。该技术应用范围水深小于25m。大直径钢管桩方案结构受波浪影响相对较小。目前此种基础结构在国内外风电场应用很广泛，金风科技2.5MW机组潮间带响水项目风电场即使用此基础结构。

　　图1-3单桩基础示意图

　　单桩达指定地点后，将打桩锤安装在管状桩上打桩直到桩基进入要求的海床

　　深度；另一种则是使用钻孔机在海床钻孔，装入桩后再用水泥浇注。单基桩适用

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　　海上风电场风机基础介绍

　　的海域通常比重力基础要深，可以达到20m以上。由于桩和塔架都是管状的，因此在现场它们之间的连接相比于其它基础更为便捷。

　　在使用合适设备的情况下，单基桩的打桩过程比较简单。对于水深较浅且基岩离海床表面很近的位置单基桩是最好的选择，因为相对较短的岩石槽就可以抵住整个结构的倾覆力。而对于基岩层距离海床很远的情况，就需要将桩打得很深。另外对于坚硬岩石尤其是花岗岩海床来说，打桩过程需要增加成本甚至难以成行。图1-4为国内某海上风电场单桩基础示意图。

　　图1-4单桩基础结构示意图

　　金风科技首批批量化潮间带海上项目风机基础也是使用此类型的基础,单桩

　　基础结构较简单,施工也简单。目前地质单位已经完成地质勘探工作，打桩施工

　　单位进入规划风电场后即可进行打桩工作。后续，业务筹备部将进行跟踪了解工

　　作。

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　　海上风电场风机基础介绍

　　单桩基础结构适用范围广泛，现目前为市场主流基础结构。基础生产工艺简单，施工成本低，施工过程简单易控制，施工单位经验丰富等优点，但是这不意味着单桩基础是海上风机基础的成熟产品，在国外海上风电场已经出现了单桩倾斜的案例。倾斜角度的产生是受潮汐、浪涌冲击的必然结果。如何解决此问题，是风电场后期维护、运营的难题之一。

　　1.3三脚架式基础

　　图1-5三角架式基础示意图

　　又称“三脚架式基础（Tripod）”，还有称“三桩基础”。基础自重较轻，整个结构稳定性较好。在海上风机基础应用之前，海上石油行业大量采用石油导管架基础，有一定的使用经验。适用水深15-30米，基础的水平度控制需配有浮坞等海上固定平台完成。国内在海上石油导管架基础的施工中有一定的施工经验以及相应的施工设备。

　　三脚架式基础原理：用三根中等直径的钢管桩定位于海底，埋置于海床下10-20m的地方,三根桩成等边三角形均匀布设，桩顶通过钢套管支撑上部三脚行架结构，构成组合式基础。三脚行架为预制构件，承受上部塔架荷载，并将应力与力矩传递于三根钢桩。三脚架式基础是由石油工业中轻型、经济的三支腿导管架发展而来的，由圆柱钢管构成。三脚架的中心钢管提供风机塔架的基本支撑，类似单桩结构，三角

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　　海上风电场风机基础介绍

　　架可采用垂直或倾斜套管，支撑在钢桩上。这种基础设计由单塔架机构简化演变而来，同时增强了周围结构的刚度和强度。钢桩嵌入深度与海床地质条件有关。由于需要打桩的缘故，三脚架结构通常不适于在海床存在大面积岩石的情况。在施工之前海床整理简单，同时这种结构基础的防腐也不是问题。

　　金风科技潮间带2.5MW试验机组如东项目即采用的此种基础方式。如图1-6所示。

　　图1-6如东项目机组基础

　　德国首个海上风能发电站阿尔法文图斯首批海上机组其中6台（Multibrid公司）也是采用三脚架式基础。

　　如图1-7所示。

　　图1-7阿尔法文图斯Multibrid机组基础

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　　1.4导管架式基础

　　海上风电场风机基础介绍

　　导管架式基础(Jacket)是深海海域的风电场未来发展的趋势之一。德国的阿尔法文图斯海上风电场6台Repower机组全部都是采用的是导管架式基础，具有示范效应。导管架式基础也是三角架式基础，“网格的三角架式基础”。导管架的负荷由打入地基的桩承担。

　　如图1-8所示,阿尔法文图斯Repower机组基础。

　　图1-8阿尔法文图斯风电场Repower机组导管架式基础

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　　海上风电场风机基础介绍

　　导管架式基础强度高，安装噪音较小，重量轻，适用于大型风机，深海领域，但是造价昂贵，需要大量的钢材，受海浪影响，容易失效，安装的时候受天气影响较严重。该基础适用于5-50米范围内的水域,可避免海上浇筑混凝土,具有海上施工量小,安装速度快,造价低,质量易保证的特点。

　　1.5多桩式基础又称“群桩式高桩承台基础”，应用于风电基础之前，是海岸码头和桥墩基

　　础的常见结构，由基桩和上部承台组成。斜桩基桩呈圆周形布置，对结构受力和抵抗水平位移较为有利，但桩基相对较长，总体结构偏于厚重。适用水深5－20米。因波浪对承台产生较大的顶推力作用，需对基桩与承台的连接采取加固措施。桩基直径小，对钢管桩的制作、运输、吊运要求较低。

　　上海东大桥风电场项目使用的基础即为多桩式基础。采用八根中等直径的钢管桩作为基桩，八根基桩在承台底面沿一定半径的圆周均匀布设。如图1-9所示。

　　图1-9上海东大桥风电场基础分解示意图

　　东大桥风电场风机基础结构如上多桩式基础结构类型，由基桩（左上）和承

　　台（右上）组成。基桩采用钢管桩，即采用8根直径1.2米（壁厚2cm）的钢管

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　　桩做基桩,桩长44米。8根基桩在承台底面均匀布设，承台底面高程为0.5米，采用钢筋混凝土结构。沉桩结束后，基础海底表面抛铺厚度2米左右的高强土工网装碎石，以防水流冲刷。

　　见图1-10所示。

　　图1-10上海东大桥风电场多桩基础示意图

　　1.6其他概念型基础1)吸力式基础

　　即“thesuctionfoundation”,该基础分为单柱及多柱吸力式沉箱基础等。吸力式基础通过施工手段将钢裙沉箱中的水抽出形成吸力。相比前面介绍的单桩基础，该基础因利用负压方法进行，可大大节省钢材用量和海上施工时间，具有较良好的应用前景，但目前仅丹麦有成功的安装经验，其可行性尚处于研究阶段。

　　吸力式基础其优点是其安装尤其是拆卸具有明显的便利性，在拆卸时只需平衡沉箱内的外压力即可将沉箱轻松吊起。对于吸力式基础来说，要达到“下得去、站得稳、起得来”，即能够平稳地、保持一定垂直度地沉下去；沉下去之后，能够在工作期间不失平稳而导致整个平台倾覆、滑移或拔除等破坏。

　　2)飘浮式基础漂浮式基础是未来深海海域风电场的趋势之一，目前在挪威西南部海岸10

　　公里处有一台实验式机组（Hywind）飘浮基础投入运行。据开发Hywind项目的

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　　海上风电场风机基础介绍

　　公司介绍，Hywind风力发电机组可适用于水深120米至700米的海域，而目前海上机组基本都是在水深60米以下。

　　图1-11飘浮式基础类型

　　图1-11展示了漂浮式海上风电机组平台的一系列平台建筑结构。图中平台类型用数字标识（从左到右）1）荷兰式半潜三角漂浮物式；2）驳船式；3）带有两排张索的柱形浮标式；4）三臂单体张力腿式；5）带有重力锚的混凝土三臂单体张力腿式；6）深水圆柱式。

　　漂浮式的基础相比较其他基础而言是不稳定的，必须有浮力支撑整个风力发电机组的重量，并在风机可接受的摇晃的角度进行控制，除了风力发电机有效载荷方面，设计漂浮式基础还必须考虑当地海域波浪冲击、洋流等海域变化情况。

　　目前已形成的海上风力发电机机组漂浮式基础只有挪威一个实验项目，没有足够的数据和形成成熟的技术和经验，而且先拥有此项技术的国家、公司对其技术严加保密，再加上不同海域地质情况和机组、环境载荷有不同特点，对于漂浮式基础的开发和研究需要进行大量的人力和物力投资。预计漂浮式基础相关技术将在2020年左右时间趋向成熟。

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　　2海上风力发电机组基础维护

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　　目前，海上风力发电机基础可能采用的结构型式有单桩钢管桩结构、群桩盖台式结构、三角架式基础结构以及导管架结构。无论采取哪种结构型式，结构材料都为钢材或钢筋混凝土，在自然环境下，特别是海水对基础结构有腐蚀作用。海水环境同样对海上其他类型工程结构存在腐蚀，因而可以参考海上其它工程结构防腐，特别是近年来港口工程对海港混凝土及钢结构防腐已经形成技术规范或技术规定，适用于海上风机基础防腐。

　　基础防腐蚀时根据设计水位、设计波高，可以分为大气区、浪溅区、水位变动区、水下区、泥下区，各区要区别对待。

　　以阿尔法文图斯Multibrid机组基础为例，图示风机基础的各个区域。见图2-1所示。

　　图2-1Multibrid三角架式基础防腐分区示意图

　　实践证明，海工结构钢筋混凝土若不采取防腐措施，氯离子深入引起钢筋腐

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　　海上风电场风机基础介绍

　　蚀往往导致混凝土结构10-20年内就发生破坏，而钢结构在海水环境中，碳素钢的年单面平均腐蚀速度在浪溅区可达0.2-0.5mm，不采取防腐措施，过不了几年，结构强度就达不到使用要求。

　　所以，风机基础浪溅区的风机防腐工作的重中之重。对于基础中的钢结构，单桩、多桩的钢管桩基础、三脚架、导管架式基础，大气区的防腐蚀一般采用涂层保护或喷金属层加封闭涂层保护；浪溅区和水位变动区的平均潮位以上的防腐措施一般采用重防腐蚀涂层或喷涂金属层加密闭涂层保护，亦可采用包覆玻璃钢、树脂砂浆以及包覆合金进行保护；水位变动区平均潮位以下部位，一般采用阴极保护联合防腐蚀措施；水下区的防腐措施应阴极保护与涂层联合防腐蚀措施或单独采取阴极保护，当单独采用阴极保护时，应考虑施工期的防腐蚀措施；泥下区的防腐蚀应采用阴极保护。阴极保护对于采用牺牲阳极阴极保护还是外加电流保护阴极保护，需要综合比较后确定，对于海上风电场，外加电流阴极保护有一定的难度，需要有一个稳定的供电源，并且用海底电缆将所有的风机基础连成一个网络，同时需要采用遥控遥测技术和远程监控系统。牺牲阳极保护系统投入正常运行后每隔半年或一年测量一次钢管桩的保护电位，并记录测量方法和测量数据。当阳极即将达到设计使用年限时，应适当增加电位测量次数，如发现保护电位值偏离设计保护电位要求时，应及时查明原因，必要时采取更换、增补牺牲阳极等措施。对于钢结构防腐蚀，不仅需按钢结构设计使用年限，预留单面腐蚀余量。涂层的作用主要是物理阻隔作用，将金属基体与外界环境分离，从而避免金属与周围环境的作用。但是有两种原因会导致金属腐蚀。一是涂层本身存在缺陷，有针孔的存在；二是在施工和运行过程中不可避免涂层会破坏，使金属暴露于腐蚀环境。这些缺陷的存在导致大阴极小阳极的现象，使得涂层破损处腐蚀加速。阴极保护，通过降低金属电位而达到保护目的的，称为阴极保护。根据保护电流的来源，阴极保护有外加电流法和牺牲阳极法。外加电流法是由外部直流电源提供保护电流，电源的负极连接保护对象，正极连接辅助阳极，通过电解质环境构成电流回路。牺牲阳极法是依靠电位负于保护对象的金属（牺牲阳极）自身消耗来提供保护电流，保护对象直接与牺牲阳极连接，在电解质环境中构成保护

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　　电流回路。

　　海上风电场风机基础介绍

　　阴极保护主要用于防止海水等中性介质中的金属腐蚀。

　　牺牲阳极法牺牲阳极(sacrificialanode)由电位较负的金祸材料制成,当

　　它与被保护的管道连接时,自身发生优先离解,从而抑制了管道的腐蚀,故称为牺

　　牲阳极，牺牲阳极应有足够负的稳定电位,以保持足够大的驱动电压:同时有较大

　　的理论发生电量,还要有高而稳定的电流效率。

　　对于混凝土盖台结构，可以采用高性能混凝土加采用表面涂层或硅烷浸渍的

　　方法；可以采用高性能混凝土加结构钢筋采用涂层钢筋的方法；也可以采用外加

　　电流的方法。对于混凝土桩，可以采用防腐涂料或包覆玻璃钢防腐。

　　以上防腐措施即为海工单位目前采取的防腐措施，国内风电场后期运维基础

　　防护国内还没有进行此项业务，随着海上风电场大力建设，预计3-5年内，风机

　　基础防腐维护将成为海上风电场运营管理的重要内容。

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