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科普丨什么是海上风机“底座基础”?

日期:2025-07-07    来源:能课堂

国际风力发电网

2025
07/07
08:34
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关键词: 海上风机 海上风电 海上风电基础

海上风电基础承担着三重关键使命:其一,稳固支撑风机主体,抵御海浪、海流、海风的周期性荷载,保障风机在极端海况下屹立不倒;其二,传递荷载至海床,通过优化基础形式,降低对海洋地质的扰动,守护海洋生态平衡;其三,作为成本控制的关键环节,基础工程占海上风电总投资的20%-30%,其技术革新直接影响度电成本。

单桩基础是当前近海风电(水深≤30米)的“主力军”。它通过一根直径3-8米、长度数十米的钢制桩体,直接插入海床,具有施工周期短(单桩安装仅需数小时)、成本相对可控的优势。如欧洲北海某风场,采用直径6米的单桩基础,配套先进的液压锤击设备,实现了“周安装3台风机”的高效建设。但在复杂地质(如深厚软土层)中,需增加配套桩靴,成本会显著上升。

导管架基础由多根桩腿顶部导管架组成,适用于水深20-50米的海域。其通过群桩分散荷载,可适配更大容量风机(如10MW+机型)。我国广东某深远海风场,采用导管架基础抵御强台风荷载,通过有限元模拟优化结构,钢材用量较传统设计减少15%。然而,其施工涉及海上组拼、整体吊装,对海洋吊装设备(如3000吨级起重船)依赖度高,建设周期长于单桩基础。

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吸力桶基础是新兴的“绿色基础”,通过桶体自重海床吸力固定。在北欧近岸风场应用广泛,施工无需锤击,噪音低、生态影响小。挪威某示范项目中,吸力桶基础凭借“负压下沉-正压起拔”技术,实现快速安装与可回收,契合“海上风电循环经济”理念。但在砂质海床或强潮流海域,其稳定性需进一步验证。

吸力筒基础结构示意图.jpg

浮式基础是深远海(水深>60米)的“破局者”,包括半潜式、张力腿式、Spar式等。它通过锚泊系统固定,将风机荷载传递至深海。全球首台商业化浮式风机(英国Hywind项目),采用Spar式基础,实现了深远海15年稳定运行。我国山东半岛海域试点浮式风电,通过耦合动力分析优化锚链布局,降低了基础成本。但浮式基础技术复杂,成本为传统基础的2-3倍,尚处商业化初期。

image.png

技术挑战与创新方向

(一)极端海况适配

南海海域面临台风、内波等极端荷载,要求基础具备更高疲劳强度。国内企业研发“防台风导管架”,通过增加阻尼器、优化桩腿角度,使基础疲劳寿命提升30%

(二)地质适应性突破

在南海珊瑚礁海域,传统基础易破坏生态。科研团队探索“桩靴+生态护罩”技术,既保护珊瑚群落,又满足基础承载力要求,实现“生态友好型”建设。

(三)数字化升级

BIM+数字孪生技术赋能基础设计,通过实时模拟海床变形、基础振动,提前预警结构安全。福建某风场应用该技术,基础运维成本降低25%,故障响应时间缩短至1小时。

随着海上风电向深远海推进,浮式基础可回收基础将成主流。同时,“基础标准化设计”与“跨海域适配技术”加速落地,如欧洲推出“基础模块化产品库”,适配不同海况与风机机型。

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