登录注册
请使用微信扫一扫
关注公众号完成登录
我要投稿
与陆上风电场相比,海上风电机组基础结构重心高、水平荷载和倾覆弯矩大,同时还要考虑波浪、海流、海床地质及海冰等环境影响因素,因此,重力式基础是海上风电机组基础结构中的主要基础形式之一,具有陆上预制建造、无需海上打桩作业、节省施工时间和费用的特点,在施工便利性和工程成本控制方面都表现出较大的优越性。海上风电机组重力式基础主要依靠基础及内部压载物重量抵抗上部风电机组荷载和外部环境荷载产生的倾覆力矩和滑动力,使风电机组基础和塔架结构保持稳定。因此,基础稳定性计算是海上风电机组重力式基础设计的重要环节。
上海勘测设计研究院有限公司
杨威* 林毅峰
来源:《太阳能》杂志2019 年第5 期( 总第301 期)P78-74
由于我国海上风电开发建设起步较晚,海上风电基础设计规范尚处于编制和征求意见阶段;相比较而言,欧洲海上风电场的规划建设已进入大规模开发时期,海上风电工程设计经验丰富,配套的设计规范较为完善。对于海上风电机组重力式基础的稳定性计算,国内目前主要借鉴JTS 167-2-2009《重力式码头设计与施工规范》[1]、GB 50135-2006《高耸结构设计规范》[2]、FD 003-2007《风电机组地基基础设计规定》[3] 等国内规范[4-5],以及国外的DNV规范[6]、API 规范[7] 和GL 规范[8]。但由于国内外规范之间存在差异,导致重力式基础设计存在标准不统一、安全系数不一致的问题。本文通过对比国内外规范中关于重力式基础稳定性计算方法之间的差异,分析了重力式基础稳定性计算的理论和方法,为海上风电机组重力式基础的设计提供更加经济适用的计算方法和技术标准。
1 重力式基础稳定性计算模型
海上风电机组重力式基础需要承受来自各个方向的大偏心荷载,基础底板一般设计为对称的多边形或圆( 环) 形,本文以圆形底板为例进行分析。图1 为浅水海域重力式基础的典型结构,由混凝土底板、圆柱段壳体、抗冰锥和工作平台组成,基础顶部与风电机组塔筒连接,抗冰锥设置于海平面附近,基础安装在经过整平的碎石垫层上。
作用在重力式基础基底上的荷载主要包括上部结构传递过来的竖向力N,基础自重G,由上部风电机组、波浪和海流引起的水平力H,弯矩M,扭矩T,静水压力,基床反力,基床摩擦力等。海上风电机组重力式基础稳定性计算主要包括地基承载力、基础抗倾覆稳定及基础抗滑移稳定3 个部分的设计内容。值得注意的是,DNV 规范[6] 对重力式基础受到扭矩作用时有特殊的条文规定:在计算地基承载力时,需要将扭矩作用经给定的公式转换成等效的水平荷载;而在我国规范中,尚未考虑扭矩荷载对重力式基础的影响。
2 地基承载力的计算方法对比
地基承载力计算包括基底反力计算和基床承载力计算两部分。对于基底反力计算,我国GB50135-2006《高耸结构设计规范》[2] 中假设基底反力呈线性分布,规定正常使用状态下荷载效应的标准组合不允许脱开地基土,极限状态下底面允许脱开地基土的面积不大于底面全面积的25%,偏心荷载在基础底面产生的偏心比e/R 的计算式为:
式中,e 为偏心距;R 为基础底板半径;Nk为上部结构传至基础的竖向力标准值;Gk 为基础自重标准值;Mk 为上部结构传至基底的力矩标准值。
根据我国规范,重力式基础的脱开面积A 的计算式为:
式中,θ 为脱开部分对应的圆弧半角。
式中,l 为脱开部分的宽度。表1 为基底允许偏心比及脱开面积百分比取值,图2 为重力式基础基底脱开及基底反力p 的示意图。
不同于我国规范中习惯采用线弹性理论的假设,国外的DNV 规范[6] 和API 规范[7] 中都采用了塑性土压力分布理论,把基础承受的偏心荷载转换成有效受压面内的均布力,如图3所示。图中,D 为基底的直径。
有效受压区域可等效为矩形区域尺寸,计算式为:
式中,Aeff 为有效受压区域的面积;leff 为等效矩形的长度;beff 为等效矩形的宽度;le 为有效受压区域的长度;be 为有效受压区域的宽度。根据DNV 规范[6],重力式基础的脱开面积A 可表示为:
式中,α 为有效受压区域对应的圆心角。
图4 给出了不同规范中荷载偏心比e/R 与基础的脱开面积百分比的关系曲线。由于DNV 规范采用塑性土压力分布理论计算基础的有效受压区域,导致在相同荷载偏心比下,其计算的基础脱开面积百分比要大于根据《高耸结构设计规范》计算的结果。出现这种差异是由于两种规范计算脱开面积采用的理论不同导致的,德国风电机组基础设计标准GL 2010 规范[8] 和DIN 1054 标准[9] 规定:重力式基础在极端荷载工况下允许有50%的基础底部面积脱开。但从图4 可以看出,在DNV 规范[6] 中,基础底部脱开面积为50% 时对应的荷载偏心比为0.40;而在我国《高耸结构设计规范》[2] 中,基础底部脱开面积为25% 时对应的荷载偏心比为0.43,所以,两种规范关于基础底部脱开面积大小的规定其实是相当的。
对于地基承载力,我国规范[2,5] 根据平板荷载试验或其他原位测试、公式计算,并结合工程实践经验等方法综合确定,同时按照基础宽度、埋置深度和基床土体的类别进行修正。而国外规范,如DNV 规范[6] 和API 规范[7],主要根据Vesic 地基承载力理论公式进行计算,根据土体的抗剪强度指标确定地基承载力的Vesic 公式适用条件为均布压力。然而当风电机组基础受到较大的水平荷载而使合力的偏心距过大时,地基反力分布很不均匀,因此,我国规范中确定地基承载力的方法更简便实用。
3 基础抗倾覆稳定的计算方法对比
国内关于重力式基础的抗倾覆稳定验算主要参照JTS 167-2-2009《重力式码头设计与施工规范》[1]、GB 50135-2006《高耸结构设计规范》[2]、FD 003-2007《风电机组地基基础设计规定》[3]。其中,《高耸结构设计规范》特别说明:当基础底面脱开地基土的面积不大于全部面积的1/4,且满足地基承载力要求时,可不验算基础的倾覆稳定性。实际上,当脱开地基土的面积比为25% 时,对应的荷载偏心比为0.43,计算公式见式(1)。
根据陆上风电机组的《风电机组地基基础设计规定》[3] 的要求,基础底板边缘的抗倾覆稳定计算式为:
式中,MR 为荷载效应基本组合下的抗倾覆力矩;MS 为荷载效应基本组合下的倾覆力矩。由式(8) 的计算结果可以看出,当基础底面脱开地基土的面积不大于全部面积的25% 时,基础的抗倾覆稳定能够自动满足规范要求的安全系数,这也能够说明《高耸结构设计规范》特意强调“基底脱空面积不超过25% 时可不验算基础的倾覆稳定性”的原因。
而按照港口码头工程《重力式码头设计与施工规范》[1] 的要求,基础的抗倾覆稳定计算式为:
式中,γ0 为结构重要性系数。需要说明的是,上述分项系数表达的概率极限状态设计方法是按照安全系数K=1.6 的单一安全系数法进行校准的。也就是说,陆上风电机组的《风电机组地基基础设计规定》与港口码头工程的《重力式码头设计与施工规范》关于抗倾覆稳定的设计安全度是相当的。
国外的DNV 规范[6] 和API 规范[7] 未对重力式基础抗倾覆稳定计算进行条文规定,主要是由于抗倾覆稳定实际上已经包含在地基承载力计算的规定中。也就是说,当重力式基础满足地基承载力的计算要求时,抗倾覆稳定能够自动满足。
特别声明:北极星转载其他网站内容,出于传递更多信息而非盈利之目的,同时并不代表赞成其观点或证实其描述,内容仅供参考。版权归原作者所有,若有侵权,请联系我们删除。
凡来源注明北极星*网的内容为北极星原创,转载需获授权。
瑞典Hexicon宣布,将收购壳牌(Shell)所持有的韩国MunmuBaram漂浮式风电项目80%的股份,从而对该项目100%控股。2021年9月,Hexicon与壳牌开始合作,Hexicon在韩国的子公司CoensHexicon与壳牌的海外投资公司共同出资成立了MunmuBaram项目公司,前者持股20%,后者持股80%。这个项目位于韩国蔚山海域,规
近日,《国华投资国华(陆河)新能源有限公司珠海高栏一场址50万千瓦海上风电项目前期技术咨询及专题报告服务》发布中标结果,中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司为中标人,中标金额为6735万元。相关阅读:国家能源集团广东500MW海上风电项目启动招标!
4月24日,山东省政府新闻办举行“数说山东看发展”经济主题系列新闻发布会,介绍2023年全省海洋经济发展情况。会议指出,到2024年底前建成渤中G一期、半岛南U1二期、半岛北BW等重点项目,新增海上风电装机150万千瓦,总规模突破600万千瓦。山东省发展改革委副厅级干部于明兵介绍,2022年、2023年新增并
北极星风力发电网讯:4月30日,苍南三号海上风电场项目EPC总承包公开招标。公告显示,苍南三号海上风电场项目位于浙江省苍南县东部海域,场区中心离岸距离约58km,水深39~45m。项目规划容量800MW,场区东西长约16.2km,南北宽约13.2km,规划面积约105.95k㎡。本工程本期拟安装57台单机容量14.0MW的风电
4月21日至22日,山东东营市市委书记杨国强赴上海市走访考察企业,推进项目合作。杨国强随同省党政代表团参加了山东省·上海市工作交流座谈会,到上海电气集团、中国船舶集团有限公司走访考察,见证东营市与上海电气风电集团、中船科技股份有限公司签订项目合作协议。近年来,我市与上海电气、中国船舶
近日,湛江徐闻东二海上风电项目前期工作咨询服务招标。项目规划装机规模300MW,拟安装12MW~16MW固定式风机,单独建设一座220kV海上升压站,海上升压站位于本项目风场中间偏北位置。升压站通过1回220kV海缆送至登陆点,送出海缆路由约42km,登陆点位于徐闻县锦和镇下海村一处砂质海滩上。陆上集控中心
4月29日,国家能源局召开新闻发布会,发布一季度能源形势和可再生能源并网运行情况。根据新能源和可再生能源司副司长潘慧敏介绍,可再生能源装机规模不断实现新突破。2024年一季度,全国可再生能源新增装机6367万千瓦,同比增长34%,占新增装机的92%。截至2024年3月底,全国可再生能源装机达到15.85亿
4月23日上午,国内首艘搭载智能船舶系统的1800t自升自航式海上风电施工平台——“港航平5”缓缓靠泊码头,标志着由港航工程公司投资建造的国内“第四代+”海上风电施工平台在江苏南通大津船厂顺利吉水。据悉。“港航平5”船长135米、宽50米,最大作业水深70米,最大起重能力1800吨,甲板以上起升高度16
4月26日晚,大金重工发布公告称,近日,公司全资子公司蓬莱大金海洋重工有限公司与欧洲某海上风电开发商签署了锁产协议。根据协议约定,该客户从当前至2030年底向蓬莱大金锁定不超过40万吨海外海上风电基础结构的制造产能,并一次性向蓬莱大金支付1400万欧元的锁产费用。
御“风”破浪,向海争“风”。4月28日8时20分,随着1号风机主机偏航、变桨及对接动作的完成,最后一支叶片与机舱成功对接,华能临高海上风电场项目首台10兆瓦风电机组完成安装,标志着海南省首个开工的海上风电项目进入批量化、大规模安装阶段。该项目是海南“向海图强”“向绿图强”、探索更多变“碳
4月27日,大唐发电发布《董事会决议公告》。公告披露,大唐国际召开董事会审议通过《关于投资建设汕头南澳勒门I海上风电扩建项目等9个新能源项目的议案》,同意投资建设汕头南澳勒门I海上风电扩建项目等新能源项目。汕头南澳勒门I海上风电扩建项目位于汕头市东部、南澳县南部海域的勒门列岛附近,距离
北极星风力发电网获悉,近日,国际风电整机商巨头维斯塔斯公布了其第一季度业绩情况,业绩显示,由于原材料价格上涨、供应链中断、项目交付、国际经济形势等问题,维斯塔斯第一季度出现了严重亏损。第一季度的亏损达到7,500万欧元,约合人民币5.8亿元,与去年同期相比,今年一季度的收入下降5.2%,至26.
近日,在菲律宾首都马尼拉,金风科技与东南亚领先的可再生能源公司TheBlueCircle(TBC)签订Kalayaan2风电项目协议,总装机量为100.8MW。该项目标志着金风科技正式进军菲律宾市场,同时将公司业务版图扩展至6大洲、40个国家。Kalayaan2项目位于菲律宾内湖省,使用17台GW165-6.0MW风电机组,金风科技将
吉能新能源乡村振兴风电项目风力发电机组(含塔筒、锚栓)采购中标结果揭晓:三一重能中标,金额为9773.5万元。详情如下:吉能新能源乡村振兴风电项目风力发电机组(含塔筒、锚栓)采购中标公示项目名称:吉能新能源乡村振兴风电项目风力发电机组(含塔筒、锚栓)采购项目编号:JXZ-A24G077吉林省建设项目招
4月30日,吉电股份发布《关于投资建设山东潍坊风光储多能互补试点项目首批二期250兆瓦风电项目的公告》。公告显示,吉林电力股份有限公司全资子公司山东吉电新能源有限公司控股子公司山东盛吉新能源有限公司的全资子公司吉电(潍坊)新能源科技有限公司拟投资建设山东潍坊风光储多能互补试点项目首批二期
北京南口,三一重能。“第三次创业目标”7个醒目的大字镌刻于业绩墙上,彰显着自三一集团继1986年成立、1994年进军装备制造之后,第三次创业的远景目标——5至10年内,实现销售额3000亿、产业工人由现在的近3万名降低至3000名、研发工程师由当前的1.2万名提升至3万名。3个“3”的总体目标,也给了三一
近日,有网民在互联网上发布“5月3日,一个烟头引发的火灾,损失了1112.3万,老板娘和老板哭晕在厕所”“5月3日,突发风力机着火,损失了1125.4万,老板娘和老板哭晕在厕所”的几段视频,视频文字标记地点均为新疆克拉玛依。视频发布后引起网民关注,克拉玛依市消防救援支队立即对视频内容进行核实。经
金属材料在使用的过程中,除要求有足够的强度和塑性外,还要求有足够的韧性,所谓韧性,就是材料在弹性变形、塑性变形和断裂过程中吸收能量的能力。韧性可分为静力韧性、冲击韧性和断裂韧性,其中评价冲击韧性(即在冲击载荷下,材料塑性变形和断裂过程中吸收能量的能力)的实验方法,应用最广泛的就是夏
2023年,全球风电新增装机达117GW,创历史新高。与全球风电行业同创新高的,还有可再生能源电能转换控制领域的龙头企业阳光电源。在其风电变流器发货量连续多年国内领先后,2023年,阳光电源以全球出货量32GW、同比增长40%,海上出货量4.6GW、同比增长190%的优秀成绩,成为业内首个风电变流器全球累计
北极星风力发电网讯:4月30日,苍南三号海上风电场项目EPC总承包公开招标。公告显示,苍南三号海上风电场项目位于浙江省苍南县东部海域,场区中心离岸距离约58km,水深39~45m。项目规划容量800MW,场区东西长约16.2km,南北宽约13.2km,规划面积约105.95k㎡。本工程本期拟安装57台单机容量14.0MW的风电
4月30日,山西省能源局发布关于山西省2024年分布式可再生能源项目评审结果的公示,公示显示,拟纳入2024年分布式可再生能源项目清单共有68个项目,规模合计2.5759GW。其中,光伏项目1396.8MW,风电项目1163.1MW,风光项目16MW。原文如下:关于山西省2024年分布式可再生能源项目评审结果的公示根据《关
北极星风力发电网讯:当地时间2024年4月29日,据外媒报道,德国风电整机商Nordex计划在年中推出针对美国市场需求量身定制的风机,在计划启动前,Nordex已任命其首席转型官ManavSharma为北美业务的新任首席执行官,旨在扩大其在美国的业务市场,首要是先推出定制化风机。ManavSharma将于2024年6月1日上
请使用微信扫一扫
关注公众号完成登录
姓名: | |
性别: | |
出生日期: | |
邮箱: | |
所在地区: | |
行业类别: | |
工作经验: | |
学历: | |
公司名称: | |
任职岗位: |
我们将会第一时间为您推送相关内容!