风机基础的选择主要取决于水深和海底地质条件两项因素,也和风电机组安装方法有一定的关系。除基础与风电机组一体安装法之外,基础的安装是风电机组安装过程中单独的一个环节,并且对风电机组塔架的安装起着影响。各国对风电场基础的分类不尽相同。目前讨论较广泛的有五大类,分别是重力基础、单基桩基础、导管架和三支柱基础、吸入沉箱基础和浮式基础,其中前两种在实际中有广泛的应用。
(一)重力基础
通常来讲,重力基础(gravity base)适合水深比较浅的位置,但在过浅的位置会受到波浪的影响。由于重力基础制造过程在岸上,且不需要打桩,因而成本较低。在置放重力基础前需要对海底进行预先的平整处理,凿开海床表层换以一层沙砾层。之后使用驳船运送或漂浮拖驳至场址,基础就位之后再用混凝土将其周边固定。重力基础分为混凝土重力基础和钢制重力基础,前者制造工艺简单,完全依靠自身的重力置于海底,适合于各种类型的海。世界最早的风电场采用的便是混凝土基础,但由于其巨大的质量(最大可达1800t)使得运输非常困难。后者同样依靠自身重力固定风机,但其钢结构质量依据不同海况只有80~110t,便于安装和运输。安装就位之后需要向钢制基础中浇筑具有密度较大的橄榄石压载,从而使得基础重力达到要求。但钢制基础不适合腐蚀性强的海域。
(二)单基桩
单桩基础详见学习情境三之任务三中相关内容。
(三)导管架和三脚架基础
导管架和三脚架基础详见学习情境三之任务三中相关内容。
海上风电场的导管架基础如图5-3-4所示。(www.xing528.com)
图5-3-4 海上风电场的导管架基础
图5-3-5 浮式基础
(四)吸入式沉箱
吸入式沉箱作为基础也受到了广泛的关注。其原理是沉箱安装在海床就位之后将其内部的水分抽掉,周围的水压力将沉箱压入海床。尽管在实际中沉箱式基础尚未成功应用,但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外压力即可将沉箱轻松吊起。
(五)浮式基础
浮式基础(floating)不固定在海床上,而是直接漂浮在海中,通过缆绳固定在一定的位置(图5-3-5)。它适合在海底基础难以作业的深海应用,但目前对其研究尚处于初步阶段,且尚无法做到与陆地电网相连。
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