[科普中国]-上海市东海大桥10万千瓦风电场

介绍

东海大桥海上风电场是亚洲第一座大型海上风电场，位于东海大桥东侧的海域，风电场总装机容量100 MW，拟布置20台单机容量5 MW的风电机组。在海上修建风电场,海洋水文、气候条件和海底地质条件都非常复杂，给风电机组地基基础设计和建造带来了困难。风机地基基础设计和建造，是海上风电场建设的难题之一，对其的经济性和适用性将产生重要影响。在东海大桥海上风电场设计中，设计单位对风机地基基础进行了专题设计研究，对海上风电场风机基础结构选型、结构计算分析等进行了深入研究,初步掌握了海上风机地基基础特性及若干设计技术关键。

风电场位于临港新城至洋山深水港的东海大桥两侧1000米以外沿线，最北端距离南汇嘴岸线近6公里，最南端距岸线13公里，全部位于上海市境内。

预计总装机容量10万千瓦，单机容量不低于2000千瓦。未来预计发电量可达2.6亿度，可供上海20多万户居民使用一年。海上风电场所发电能将通过海底电缆输送回陆地。

水文地质条件东海大桥海上风电场位于东海大桥东侧的东海海域，风电场北端距岸线8 km，南端距岸线13 km，20台5 MW风机分三排布置，风机南北向间距(沿东海大桥走向)750 m，东西间距1. 2 km。工程海域水深9.9～ 11.9 m，海底滩面高程- 10.00～- 10.67 m。滩地表层主要为淤泥。

设计标准和原则目前国内还没有海上风机基础设计的规程规范，本工程设计主要参考国内、外相关规范。主要依据的规范有:《海港水文规范》(JTJ214-98)、《建筑桩基技术规程》(JGJ94-94)、《 Design of off-shore wind turbine structures》(DNV-OS-J101:2004)、《海上固定平台规划、设计和推荐作法工作应力设计法》(SY/ T 10030— 2004)和《海上钢结构疲劳强度分析推荐作法》(SY/ T10049—2004)等。根据风机设备商提供的基础荷载、基础设计要求分别进行承载极限状态、疲劳极限状态和系统模态计算。1

风机基础结构方案设计目前国外海上风电场风机基础从结构型式上主要分为重力固定式、支柱固定式及浮置式基础。东海大桥海上风电场位于海上近岸海水区，海床面以下20 m深度内地基土以软粘土为主。根据西欧国家现有海上风机塔架基础结构型式,并参考国内外海上石油平台、海上灯塔及海上跨海大桥的设计经验，认为采用固定式桩柱基础比较合适。为此提出4种基础型式进行结构方案设计。第1种方案为三脚架组合式基础、第2种方案为4脚架组合式基础,这两种方案均为参考海上石油平台、海上灯塔基础的结构型式。第3种方案为高桩承台群桩基础。第4种方案为单根钢管桩基础方案，其为国外海上浅海风机基础的常用结构型式。

从基础结构特点、适用自然条件、海上施工技术与经验以及经济性方面对上述4种基础结构方案进行了比较，最后选择4角架组合式基础为推荐方案。如图1所示。

4脚架组合式基础结构型式为：用4根钢管桩定位于海底，桩顶通过与钢套管的固接支撑上部4脚架结构，构成组合式基础。4脚架承受上部塔架荷载,并将荷载传递给4根钢桩。施工时，先在4个钢套管基座位置在基床抛约2 m
厚度的高强土工网装碎石，以提高地基土对4脚桁架的承载力，然后沉放4脚桁架的预制钢构件，预制钢构件沉放定位后,再将4根钢管直桩穿过钢套管打入海床中，每根桩直径为2. 2 m，桩长55 m，桩顶高程为- 3 m，桩尖高程为- 58 m，桩尖进入粉细砂层中,基桩呈等边4边形分布，间距为16 m。钢套管外壁配带特制固桩器与基桩初步连接,在调整上部结构水平度后，再采用高强灌浆法完成钢套管与钢桩的固接。上部4脚架为预制钢构件，其包括12根直径2 m的水平和斜向钢管连杆，其分别连接4个钢套管以及位于中心的直径6. 5 m的上部竖向钢管。1

项目意义上海东海大桥10万千瓦海上风电项目是全球欧洲之外第一个海上风电并网项目，也是中国第一个国家海上风电示范项目。该项目位于东海大桥东侧的上海市海域，距离岸线8-13千米，平均水深10米，总装机容量102兆瓦，全部采用华锐风电自主研发的34台3兆瓦海上风电机组。预计未来年发电量可达2.6亿度，所发电能将通过海底电缆输送回陆地，可供上海20多万户居民使用一年，相当于每年节约燃煤10万吨，每年减排二氧化碳20万吨。

东海大桥海上风电场在我国风电场建设史上创造了多项“第一”:第一次采用自主研发的3兆瓦离岸型机组，标志着我国大功率风电机组装备制造业跻身世界先进行列；第一次采用海上风机整体吊装工艺，大大缩短了海上施工周期，创造了一个月在工装船上组装10台、海上吊装8台的记录；在世界上第一次使用高桩承台基础设计，有效解决了高耸风机承载、抗拔、水平移位的技术难题。2