海上风电机组基础结构第一章.txt资料文档下载
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第三章：
桩承式基础（陈达）
第四章：
重力式基础（陈达）第一章：
绪论1.1海上风电发展概况
1.1.1国外海上风电发展概况
1.1.2国内海上风电发展概况
1.2.1桩承式基础
1.2.2重力式基础
1.2.3浮式基础
1.2海上风电机组基础结构的分类和组成风能概况能源总量据估计到达地球的太阳能中只有大约2％转化为风能，全球的风能
约为2.74×
109MW，其中可利用的风能为2
×
107MW，比地球上可开
发利用的水能总量还要大10倍。
风能提
水风能提水
风能动力风能概况风能、太阳能和生物质能发展速度最快，产业前景
也最好。
风力发电相对于太阳能、生物质能等新能风能的特征源技术更为成熟、成本更低、对环境破坏更小，被称为最接近常规能源的新能源，因而成为产业化发
展最快的清洁能源技术。
全球风电装机发展全球风电装机发展截止2011年底，全球风电装
机容量达到了2.38×
105MW
，
累计装机容量实现了21%的
年增长。
全球75个国家有商
业运营的风电装机，其中22全球风电装机容量个国家的装
机容量超过1GW，
风电正在以超出预期的发展
速度不断增长。
目前，丹麦
用电量的28%来自风电，西
班牙用电量的16%来自风电，
德国用电量的8%来自风电，
风电已成为欧洲国家能源转
型的重要支撑，这为全球能
源结构转型树立了榜样。
欧洲风能利用协会将在欧洲的近海岸地
区进行风能开发利用，希望在2020年风
能发电能够满足欧洲居民的全部用电需
求。
欧洲风能发展目标中国风电装机发展中国风电装机发展我国风力发电始于上世纪80年代，自
从2006年1月1日开始实施可再生能源
法后，中国风电市场前期稳步发展、
后期迅猛发展。
如今在全球的风能发2007
年中国风电装机容量后期迅猛发展。
如今在全球的风能发
展中，中国风力发电的发展速度最快，
至2012年6月，我国并网风电达到
52.58GW，国家电网调度范围达到
50.26GW，超过美国跃居世界第一。
2012年8月发布的《可再生能源发展
“十二五”规划》提出到2015年，风
电累计并网运行达1×
。
2050年中国风资源“三北”地区东北、华北、西北可开发利用的风能储量约2亿kW，约占全国陆
地可利用储量的79％。
该地区地形平坦，没有破坏性风速，是我
国连成一片的最大风能资源区，有利于大规模开发风电场。
沿
海及其岛屿地区包括山东、广西和海南、江苏等省市沿海近10km宽地带，约占全
国陆地可利用储量的4％。
东南沿海及其岛屿是我国风能最佳丰
富区。
内
陆局部风丰
富区：
一些地区由于湖一些地区由于湖
泊和特殊地形的
影响，形成一些
风能丰富点，如
鄱阳湖附近地区、
湖北的九宫山和
利川以及湖南八
面山等地区，适
合建设零星的中
小型风电场。
海
上风能丰富区中国海上风资源海上风电具有不占用土地资源、
受环境制约少、风电机组容量更
大、年利用小时数更高、更具规
模化开发的特点，使得近海风力
发电技术成为近来研究和应用的
热点。
海上风电优势我国海上可开发和利用的风能
储
量约2×
，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我国海上风能资源1.1.1国外海上风电发展概况目前国际上已建成且投入商业运行的海上风电场基本上
都在欧洲，这主要是由于欧洲基本不受台风的影响，发
展海上风电场具有优势条件。
自20世纪80年代起，欧洲
开始积极探讨海上风电开发的可行性。
国外海上风电总体情况瑞典于
1990年安装了第一台实验性海上风电机组，离岸
350m，水深6m，容量为220kW，该机组1998年停运。
1997年开始在海上建立5台600kW的风电机组。
2000年，
兆瓦级风电机组开始在海上应用示范，并规划筹建11座
海上风电场，至2008年已建成15座海上风电场。
瑞典1.1.1国外海上风电发展概况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丹麦台
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。
1.1.1国外海上风电发展概况德国是欧洲地区风力发电的主阵地，由于缺乏合适的场地，德国陆上风电
场的新建工作将在今后十多年中减缓，从而转向海上风电场的强制建设，
目前已在12英里开外的深水地区，以及近海地区都建造了风电场。
德国
德国海上风电目标德国海上风电场。
根据德国2002年公布的战略纲要，到2030
年的长期目标中，包括德国海岸地区、专
属经济区（EEZ）和国土外围12英里范围
内将达到2.5×
104MW
的安装容量，产生
70~85TWh的电力，达到1998年电力需求
的15%。
最近德国提出到2050年80%的电
力来自可再生能源、60%的能源来自可再
生能源。
德国海上风电目标1.1.1国外海上风电发展概况2003年底，英国3个战略海域（利物浦海湾、沃什湾，以及泰晤士河）
的15个工程总装机容量逾7000MW，英国计划到2030年开发建设
4.8×
的海上风电。
英国
荷兰2010
年达到1500MW装机容量的目标已经实现。
仅在爱尔兰东海岸地
区正在进行另外6座电场的调研，拟达到1000MW的装机容量。
到2011年底，欧洲已建成53个海上风电场，分布在比利时、丹麦、芬
兰、德国、爱尔兰、荷兰、挪威、瑞典和英国海域，装机容量达到
3813MW，另有5603MW的风电场在建。
欧洲总体状况1.1.1国外海上风电发展概况北美海上风电发展较晚，目
前为止还没有较大规模的风电
场真正投入运行。
加拿大目前准备建设的最大的北美海上风电概况加拿大2010
年全世界风电装机容量布局图
风电场是在安大略湖的Trillium
风电场，装机容量为414MW。
美国在2012年1月才在政策上基
本确定支持尝试建立海上风电
场，目前在风能资源丰富的东
海岸已经陆续有相关计划得到
支持，比较大的是鳕鱼岬
（CapeCod）风电场，预计装
机容量可达454MW。
美国1.1.2国内海上风电发展概况在海上风电方面，中国东部沿海风能资源可开发
量50米高度约为200GW，70米高度约为500GW。
目前我国已建成的海上风电总装机容量约250MW。
上海东海大桥海上风电项目是我国首个大型海上我国海上风能资源概况
我国海上风电场现状上海东
海大桥海上风电项目是我国首个大型海上
风电项目，总装机容量102MW，采用34台3MW
风电机组，2010年6月全部并网发电，其二期项目
2011年10月并网运行1台单机容量5MW的样机，
为我国首台并网运行的最大单机容量风电机组。
江苏如东龙源海上风电场，是我国首个潮间带试
验风电场，总装机容量32MW，共安装16台海上
试验机组，分别为6台1.5MW风电机组、6台
2.0MW风电机组、2台2.5MW风电机组和2台
3.0MW风电机组，2010年9月28日全部投产发电。
1.1.2国内海上风电发展概况根据我国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；
我国海上风电发展前景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。
1.2海上风电机基础的及成海上风电机组通常由塔头（风轮与机舱）、塔架和基础三部
分组成。
海上风电基础组成
海上风电基础的特征其中海上风电场基础
对整机安全至关重要，其结构具有重心
高、承受的水平风力和倾覆弯矩较大等受力特点，在设计过
程中还须充分考虑离岸距离、海床地质条件、海上风浪以及
海流、冰等外部环境的影响，从而导致海上风电机组基础的
造价约占海上风电场工程总造价的20%~30%。
在充分考虑
海上风电场复杂环境条件的基础上，慎重选择海上风电机组
基础结构型式和合理设计是海上风电场建设的关键海上风电基础的特征
1.2海上风电机基础的根据海上风电基础与海床固定形式划分：
桩承式海上风电基础的分类a）
固定式
b）浮式：
主要用于50m以上水深海域
重力式
适应的水深在0~50m
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
周土接触产生的侧向力来承载结构的竖向荷载。
1.2.1
桩基础桩承式基础按材料分：
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。
桩承式基础分类结构简单、安装方便
受海底地质条件和水深约束
较大，水太深易出现弯曲现
象，对冲刷敏感，在海床与单桩基础单桩基础特点
不足
象刷敏在床
基础相接处，需做好防冲刷
防护，并且安装时需要专用
的设备（如钻孔设备），施
工安装费用较高。
是目前使用最为广泛的一种基础型式，国外现有
的大部分海上风电场，如丹麦的HornsRev和Nysted、爱尔兰的
ArklowBank、英国的NorthHoyle、ScrobySands和KentishFlats
等大型海上风电场均采用了这种基础。
应用状况该基础吸取了海上油气开采中的一些
经验，采用标准的三腿支撑结构，由
圆柱钢管构成，增强了周围结构的刚
度和强度。
三脚架的中心轴提供风机
塔架的基本支撑，类似单桩结构三脚架基础三脚架基础组成
适用条件适用于比较坚硬的海床，具有防冲刷
的优点。
德国的AlphaVentus海上风电场首批海
上机组中的6台以及我国金风科技潮间
带2.5MW试验机组如东项目都采用了
三角架基础。
适用条件
应用状况是一个钢质锥台形空间框架，以钢管为骨棱，基
础为三腿或四腿结构，由圆柱钢管构成。
基础通
过结构各个支角处的桩打入海床。
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导管架基础导管架基础组成
特点求较低
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。
英国在其北海海域开展的Beatrice实验性项目中采
用了导管架基础，项目所在海域水深48m，导管
架高62m，平面尺寸20×
20m。
桩长为44m，桩径
为1.8m，壁厚60mm。
瑞典的UtgrundenII海上风
电场项目也采用了导管架基础。
应用状况由基桩和承台组成，可根据地质条件和施工难
易程度，可以做成不同根数的桩，外围桩一般
整体向内有一定角度的倾斜，用以抵抗波浪、
水流力，中间以填塞或者成型方式连接。
承台
一般为钢筋混凝土结构，起承上传下的作用，
把墩身荷载传到基桩上。
群桩承台基础群桩承台基础组成承载力高、抗水平载荷强、沉降量小而较均匀。
现场作业时间较长，工作量大。
我国上海东海大桥海上风电场项目即采用了世界首创的风电
机组群桩承台基础设计。
基础由8根直径为1.7m的钢管桩与承台组成，钢
管桩为5.5:
1的斜桩，管材为Q345C，上段管壁厚30mm，下段管壁厚25mm，
桩长为81.7m。
特点
应用状况一般由胸墙、墙身和基床组成。
1.2.2力基础①将塔筒和墙身连成整体；
②直接承受冰荷载、船舶撞击等荷载，并将
这些荷载传给下部结构；
重力式基础组成
胸墙的作用：
这些荷载传给下部结构
；
③设置防冲设施、系船设施和安全设施等。
根据墙身结构的不同，可分为沉箱基础、大
直径圆筒基础和吸力式基础。
重力式基础的分类1.2.2力基础①重力式基础的重量和造价随着水深的增加
而成倍增加；
②重力式基础是所有基础类型中体积和质量
最大的。
③重力式基础具有结构简单、造价低、抗风
暴和风浪袭击性能好，其稳定性和可靠性是
所有基础中最好的重力式基础的特征所有基础中最好的。
地质条件要求较好，并需要预先处理海床，
由于其体积大、重量大，一般要达1000t以上，
海上运输和安装均不方便，并且对海浪的冲
刷较敏感。
丹麦的Vindeby和Middelgrunden海上风电场基
础采用了这种传统技术重力式基础的不足
应用状况吸力式基础也称负压桶式基础，分为单桶、三桶和四桶几种结构型式。
这是一种新的
基础结构概念，在浅海和深海区域中都可以使用。
在浅海中的吸力桶实际上是传统桩基和重力式基础的结合，在深海海域作
为张力腿浮体支撑的锚固系统，更能体现出其经济优势。
吸力式基础分类
吸力式基础原理利用了负压沉贯原理
，是一钢桶沉箱结构，钢桶在陆
上制作好以后，将其移于水中，向倒扣放置的桶体充
气，将其气浮漂运到就位地点，定位后抽出桶体中的
气体，使桶体底部附着于泥面，然后通过桶顶通孔抽
出桶体中的气体和水，形成真空压力和桶内外水压力
差，利用这种压力差将桶体插入海床一定深度。
吸力式基础
原理吸力式基础省去了桩基础的打桩过程，大大节省了钢材用量和海上施工时间，施工速
度快，便于在海上恶劣天气的间隙施工。
可以事先安装好，再拖到工地，
便于运输和安装。
由于吸力式基础插入深度浅，只须对海床浅部地质条件
进行勘察，而且风电场寿命终止时，可以简单方便的拔出并可进行二次利
用。
吸力式基础优点在负压作用下，桶内外将产生水压差，引起土体渗流，虽然渗流能大大降
低下沉阻力，但是过大的渗流将导致桶内土体产生渗流大变形，形成土塞，
甚至有可能使桶内土体液化而发生流动等，在下沉过程中容易产生倾斜，
需频繁矫正。
丹麦的Frederikshavn海上风电场的建设中首次使用了吸力式基础。
吸力式基础的不足
应用状况1.2.3基础由浮体结构和锚固系统组成；
漂浮在海上的合式箱体，风电机组塔架
固定于其上，根据锚固系统的不同而采用不同的
形状，一般为矩形、三角形或圆形；
浮式基础组成浮体结构
主要包括海底桶式或桩基础和连接设备，
连接设备大体上可分为锚杆和锚链两种。
锚固系
统相应地分为固定式锚固系统和悬链线锚固系统。
浮式基础是海上风电机组基础结构的深水结构型
式，主要用于50m以上水深海域。
锚固系统
应用条件浮式基础按照基础上安装的风电机组的数量分为多
风电机组式和单风电机组式。
按系泊系统可分为
Spar式、张力腿式和半
潜式三种结构型式。
浮式基础分类通过压载舱使得整个系统的重心压低至浮心之下来保证整个风电机组
在水中的稳定，再通过悬链线来保
持整个风电机组的位置。
Spar
式基础原理浮式基础采用锁链拉紧固定在海底，通过操作张紧连
接设备使得浮体处于半潜状态，成为一个不
可移动或迁移的浮体结构支撑；
张力腿通常由1~4根张力筋腱组成，上端固
定在合式箱体上，下端与海底基座模板相连
或直接连接在桩基顶端，其稳定性较好。
张力腿式原理依靠自身重力和浮力的平衡以及悬链线
来保证整个风电机组的稳定和位置。
结构简单且生产工艺成熟，单位吃水成
本最低，经济性较好半潜式原理浮式基础浮式基础属于柔性支撑结构，能有效降低系统固有频
率，增加系统阻尼。
与固定式基础相比，其成本较低，
容输够有海电的围浮式结构概况容
易运输，而且能够扩展现有海上风电场的范围。
由
于深海风电机组承受荷载的特殊性、工作状态的复杂
性、投资回报效率等，浮式基础型式目前在风电行业
仍处于研究阶段。
谢谢！
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