海上風(fēng)力發(fā)電基礎(chǔ)形式及關(guān)鍵技術(shù)分析

凌衛(wèi)軍 陳喜

摘要：社會工農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展使人們對能源的需求不斷增加，為了尋求更多的可再生能源，滿足環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的需求，近年來對海上風(fēng)力發(fā)電的建設(shè)與研究步伐不斷加快。由于海上風(fēng)力發(fā)電具有節(jié)約場地、清潔環(huán)保，更好的滿足人們能源使用需求等優(yōu)勢，有必要進(jìn)一步探索海上風(fēng)力發(fā)電基礎(chǔ)形式以及關(guān)鍵技術(shù)，提高海上風(fēng)力發(fā)電設(shè)施的經(jīng)濟(jì)性以及適用性。

關(guān)鍵詞：海上風(fēng)力發(fā)電;基礎(chǔ)形式;關(guān)鍵技術(shù)

風(fēng)蘊含著巨大的能量，隨著人們生產(chǎn)生活對能源需求量的不斷增加，海上風(fēng)力發(fā)電由于更加節(jié)省場地，清潔環(huán)保，不干擾人們的正常生活，并且海上風(fēng)能具有風(fēng)向穩(wěn)定、湍流輕度小等優(yōu)勢而得到了人們越來越多的認(rèn)可。近年來世界范圍內(nèi)的海上風(fēng)力發(fā)電項目越來越多，通過探索更加經(jīng)濟(jì)安全的海上風(fēng)電基礎(chǔ)形式，以期實現(xiàn)促進(jìn)海上風(fēng)能發(fā)電事業(yè)發(fā)展的目的。所以，積極探索能促進(jìn)海上風(fēng)力發(fā)電基礎(chǔ)形式發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)，促進(jìn)我國能源使用與分配領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展。

一、海上風(fēng)力發(fā)電基礎(chǔ)形式分析

（一）樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)

樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)是海上風(fēng)力發(fā)電基礎(chǔ)形式中重要的組成部分之一，按照樁基礎(chǔ)形式的不同，樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)還可以分成多樁基礎(chǔ)、單樁基礎(chǔ)和三角樁基礎(chǔ)。其中以單樁基礎(chǔ)在海上風(fēng)力發(fā)電中的應(yīng)用最為廣泛，在施工過程中，通過鋼管夯入法將大直徑鋼管安裝在海床之中。這種鋼管直徑一般在四米至八米范圍內(nèi)，管壁厚度一般為直徑寬度的百分之一，并且隨著海上施工逐步向深海發(fā)展，鋼管的直徑還在不斷增大。單樁基礎(chǔ)在海上風(fēng)力發(fā)電中的應(yīng)用優(yōu)勢主要是海上施工操作簡單。不足之處在于大直徑鋼管樁移位及運輸難度大，且根據(jù)海床土質(zhì)種類的不同，海上安裝成本有所差異。其次是多樁基礎(chǔ)形式，也就是將多個樁基礎(chǔ)打入海床土壤中的一種基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，打入方式可以是豎向垂直打入，也可以是斜向打入，這種基礎(chǔ)形式通常被應(yīng)用在深海風(fēng)力發(fā)電建設(shè)中，具有操作簡單、重量輕等優(yōu)勢，但是安裝成本較高，實際施工過程中還需要相應(yīng)專業(yè)設(shè)備的支持。三角樁基礎(chǔ)，顧名思義，是一種有三腿支撐樁的基礎(chǔ)形式，這是一種單樁基礎(chǔ)的發(fā)展形勢，與單樁基礎(chǔ)相比，具有更高的穩(wěn)定性和強(qiáng)度[1]。

（二）導(dǎo)管架基礎(chǔ)

在海上風(fēng)力發(fā)電設(shè)備中，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)主要的作用是荷載海洋環(huán)境以及風(fēng)葉運轉(zhuǎn)，其中鋼制材料的導(dǎo)管應(yīng)用最多，在海上風(fēng)力發(fā)電基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)中能發(fā)揮出較好的穩(wěn)定性，并且對海洋環(huán)境的適應(yīng)能力較強(qiáng)，因此，導(dǎo)管架基礎(chǔ)形式在深海領(lǐng)域中的應(yīng)用十分廣泛。一般情況下，導(dǎo)管架的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)是框架結(jié)構(gòu)，主要有主斜撐、平臺甲板和主筒體等。目前，導(dǎo)管架基礎(chǔ)中的四腿基礎(chǔ)和三腿基礎(chǔ)在海上風(fēng)力發(fā)電基礎(chǔ)形式建設(shè)中的應(yīng)用最普遍，同時在深水域采油工程中也有較大的應(yīng)用優(yōu)勢[2]。

（三）重力式基礎(chǔ)

海上風(fēng)力發(fā)電的基礎(chǔ)形式之一，主要依靠基礎(chǔ)自身及壓載物重量抵抗上部風(fēng)機(jī)荷載和水流力，使基礎(chǔ)及上部風(fēng)機(jī)塔筒結(jié)構(gòu)保持穩(wěn)定。基于此，設(shè)計基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的重力形式時，其設(shè)計效果對于海上風(fēng)力發(fā)電基礎(chǔ)形式的穩(wěn)定性有較大的影響。目前，海上風(fēng)力發(fā)電基礎(chǔ)形式中的重力基礎(chǔ)主要分為鋼沉降基礎(chǔ)以及混凝土重力基礎(chǔ)兩種，適用于海水深度小于十米的基礎(chǔ)形式建設(shè)中。

（四）負(fù)壓桶式基礎(chǔ)

是傳統(tǒng)基礎(chǔ)與重力式基礎(chǔ)的結(jié)合，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)以桶形結(jié)構(gòu)為主體，上端封閉、下端開口，中間部分由混凝土結(jié)構(gòu)組成，通過空氣的壓縮實現(xiàn)拖運。安裝過程中首先將負(fù)壓桶式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)插入到海底一定深度下，然后用泵抽吸掉桶內(nèi)空氣，形成負(fù)壓，以達(dá)到提高基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)承載能力的目的[3]。

二、海上風(fēng)力發(fā)電關(guān)鍵技術(shù)探討

與陸地風(fēng)力發(fā)電結(jié)構(gòu)不同的是，海上風(fēng)力發(fā)電基礎(chǔ)形式需克服海上風(fēng)與海浪的附加荷載，因此對基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)提出了更高的要求，通過應(yīng)用各種先進(jìn)技術(shù)，以滿足海上風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的要求。首先是設(shè)計環(huán)節(jié)，由于水磁同步發(fā)電機(jī)質(zhì)量大與尺寸大的不滿，設(shè)計階段中更多的應(yīng)用了輕質(zhì)材料，優(yōu)化了軸向長度和間隙的比值，并且通過對膜化結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，簡化了生產(chǎn)、運輸和安裝過程。其次，選擇強(qiáng)度更高、剛度更好、整體質(zhì)量更小的葉片材料，增大葉片型號，提高能量的補貨能力，目前，海上風(fēng)力發(fā)電設(shè)備中應(yīng)用的葉片材料主要由環(huán)氧乙烯基醋樹脂，有成本小、性能好的優(yōu)勢[4]。最后，海上風(fēng)力發(fā)電設(shè)備中對冷卻系統(tǒng)的設(shè)計，冷卻液的質(zhì)量等，都影響發(fā)電機(jī)的工作效率和使用壽命，為了達(dá)到良好的冷卻作用，應(yīng)用了液冷的冷卻方式，發(fā)揮出更好的導(dǎo)熱能力和強(qiáng)制風(fēng)冷效果[5]。

三、結(jié)束語

綜上所述，為了滿足人們對電力能源的發(fā)展需求，提出了海上風(fēng)力發(fā)電項目的發(fā)展策略，通過對海上風(fēng)力發(fā)電基礎(chǔ)形式以及關(guān)鍵技術(shù)的探討，以期提高海上風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的性能，達(dá)到更好的電力供應(yīng)目的。

參考文獻(xiàn)：

[1]孫凌云.海上風(fēng)力發(fā)電基礎(chǔ)形式及關(guān)鍵技術(shù)[J].綠色環(huán)保建材，2019（01）：234-235.

[2]焦忠虎，肖紀(jì)升.海上風(fēng)力發(fā)電基礎(chǔ)形式及關(guān)鍵技術(shù)分析[J].中國高新技術(shù)企業(yè)，2016（01）：145-146.

[3]李利飛. 海上風(fēng)力發(fā)電安裝船總體技術(shù)研究[D].天津大學(xué)，2014.

[4]胡軍，唐友剛，阮勝福.海上風(fēng)力發(fā)電浮式基礎(chǔ)的研究進(jìn)展及關(guān)鍵技術(shù)問題[J].船舶工程，2012，34（02）：91-95.

[5]林鶴云， 郭玉敬， 孫蓓蓓， et al. 海上風(fēng)電的若干關(guān)鍵技術(shù)綜述[J]. 東南大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版）， 2011， 41（4）：882-888.

（作者單位：江蘇龍源振華海洋工程有限公司1

南通振華重型裝備制造有限公司2）