國內風能從剛開始起步時的補充能源,變成現在的替代能源,是中國發展最快的綠色能源。在我國陸地風電場建設快速發展的近些年,人們已經注意到陸地風能利用所受到的一些限制,將目光逐漸轉向了風速大、風向較穩定的海上風能。早在1990年,第一座海上風機在瑞典Baltic Sea海岸架設成功,人們已經看到了海上風電的巨大潛力。2006年我國頒布的《中華人民共和國可再生能源法》成為了推動我國海上風能利用的催化劑。根據國內外已經建成的海上風電場投資比例及一些研究成果,風機基礎約占風電場總成本的20%-30%,是造成海上風電成本較高的原因之一,因此探討合理的基礎結構型式成為了海上風電發展的重點。經過了二十多年的發展,目前國內外都有哪些海上風機基礎型式呢?現在就由小編來簡單地介紹下國內外海上風機基礎的現狀。
1、重力式基礎
重力式基礎主要依靠自重使風機垂直矗立在海面上,一般為鋼筋混凝土沉箱結構,其承載力小、制造工藝簡單,適合堅硬的黏土、砂土及巖土地基,且地基須有足夠的承載力支撐基礎結構自重、使用荷載及環境荷載等,應用于0~10m的水域。
世界上早期的海上風機基礎均采用重力式,主要有丹麥的Vindeby(1991)、Tuno Knob(1995)、Middelgrunden(2001)、Nysted(2004)、Sprogo(2009),瑞典的Lillgrund Oresund(2008),比利時的Thornton Bank(2009)、Belwind(2011)。目前國內外很少再采用此種基礎建設方式。
2、單樁基礎
單樁基礎即單根鋼管樁基礎是由一個直徑在3~5m之間的鋼管樁構成,適用于小于25m的水域,其結構特點是自重輕、構造簡單、受力明確。對于軟土地基可采用錘擊沉樁法;對于巖石地基可采用鉆孔的方法,也可在巖石地基內形成大直徑鉆孔灌注樁。由于該基礎生產工藝簡單,施工成本低,施工過程易控制,施工單位經驗較豐富等優點,目前成為了海上風機的主流基礎結構,但這不意味著單樁基礎是海上風機基礎的成熟產品,在國外海上風電場已經出現了單樁傾斜的案例。
目前此種基礎結構在國內外風電場應用很廣泛,如英國的Blyth(2000)、North Hoyle(2003)、Scroby Sands(2004)、Kentish Flats(2005)、Barrow(2006)、Rhyl Flats(2009)、Robin Rigg(2009)、Thanet(2011)、Sheringham Shoal(2012),瑞典的Bockstigen(1997)、Yttre Stengrunden(2001)、Utgrunden(2002),丹麥的Samsoe(2002)、Butendiek(2006)、Homs Rev(2009),愛爾蘭的Arklow Bank(2003),荷蘭的Lely(1994)、WP Q7(2005)、Egmond aan Zee(2007),中國的金風科技2.5MW機組潮間帶響水項目風電場。
3、三腳架式基礎
用三根中等直徑的鋼管樁定位于海底,埋置于海床下10~20m的地方,三根樁成等邊三角形均勻布設,樁頂通過鋼套管支撐上部三腳桁架結構,構成組合式基礎。三腳桁架為預制構件,承受上部塔架荷載,并將應力與力矩傳遞于三根鋼樁。該基礎自重較輕,整個結構穩定性較好,適用于15~30m的水域。
國內外也有一些項目采用三腳架式基礎,如德國的Alpha Ventus(2010)中Multibrid公司的6臺,瑞典的Nogersund(1990),中國的金風科技潮間帶2.5MW試驗機組如東項目。