海洋工程
一份好资料,海上风电施工六大关键!(上)
发布时间:2019-04-11
 
 

风电一直保持着世界能源领域增长最快的地位。在海上风电方面,中国东部沿海的海上可开发风能资源约达7.5亿千瓦,不仅资源潜力巨大且开发利用市场条件良好,只是由于中国沿海经常受到台风影响,建设条件较国外更为复杂。

 

 

 
 

海上风电定义

离岸10km,水深10m的外海,需在海上立起塔架结构,在上部安装运行风机。

海上风电施工复杂,影响因素多、施工难度大、调整成本高,因此根据实际自然条件不同,设计方案也会产生较大的差别。

海上风电项目大致分为:自然条件勘察、离岸测试与设计、施工设备选择、风机基础施工、风机安装与电缆敷设、运行安全监测。

本期,我们将介绍自然条件勘察、离岸测试与设计、施工设备选择的相关内容,风机基础施工、风机安装与电缆敷设、运行安全监测的相关内容将在下期分享,敬请关注。

 

自然条件勘察

01

海上风电场都是离岸施工,工作场地远离陆地,受海洋环境影响较大,可施工作业时间偏短,因此施工承包商要根据工程区域海洋环境特点,选择施工设备、确定施工窗口期、制定施工工艺和对策,才能更好地完成本工程。

图1 自然条件控制措施

在海底工程施工前,除要对水域、气象等条件进行统计和实测外,还要详细了解工程区海底各土层的土质特征,求取各土层工程性质指标、确定桩基参数等。海床静力触探系统是海底土力学调查的重要手段,具有快速、准确的优点。

01 Geomil海床静力触探

重型的水下静力触探(CPT)系统 

 目前最新型的海床静力触探(CPT)试验系统 

● 其独特的链式驱动设计,带来了海洋静力触探系统的革命性改变 

 可快速、精确地测试离岸海底土层力学性质

● 可以在500m以上水深地近岸环境中使用

● 最大可以在4000m水深地离岸环境中使用


02 多模式水下综合数据采集系统

 

Meridata  MD DSS 多模式水下综合数据采集系统支持多种声学模式的操作方式,可以广泛用于沙滩、河口、海岸带及大陆架等处的沉积及浅层剖面测量。

  • 针对于来自各种声源发射的不同的声学信号。

  • 能够生成用户自定义的各种输出成果。 

  • 可以接收、处理、记录并形象地显示声学反射信号。

  • 可以将回声探测数据与对应的包括测量船实时位置在内的各种数据同步存储起来。


03 RG可再生能源测井系统

 

RG可再生能源测井系统适用于风电设施的地质勘察工作。

  • 采用P-S数字悬挂探头;

  • 可在恶劣环境中的持续工作;

  • 已成功部署在海洋地质勘探中,并收集全球数千个海岸钻孔的数据。


04 跨孔地震成像系统、波速测试系统

 

Geotomographie跨孔地震成像系统、波速测试系统

  • 探测地下岩溶、古洞、空洞、埋设物、矿区采空区;

  • 查明地下构造、渗透带、水流通道和方位,圈定破碎带位置和范围;

  • 建筑物地基、铁路公路路基等不良地质体检测,水电站、核电站选址勘查;

  • 桩基质量检测、库坝灌浆帷幕和高喷防渗板墙质量检测,水库、坝基检漏等。

在获得施工海域详细自然条件信息后,要根据实际施工条件设计合理、可靠的风机施工方案。其中风电机基础设计是风电场设计中的重要组成部分,其造价与其安全性又关系着整个风电场的生存。资料显示,欧洲已建成海上风电场中,地基基础体系的资本比例占到20%,风电机组由于基础结构因素而导致的破坏占到总破坏量值的18%。因此,对风机基础结构的研究与离岸测试实验必不可少。

 

 

离岸测试与设计

02

海上风机基础结构兼具四种特性:

  • 高耸结构基础

  • 海洋结构工程

  • 动力设备基础

  • 复杂软土地基

风机基础需要承受360°重复荷载,且具有大偏心受力特性,风机基础同时承受竖向荷载、水平荷载、倾覆弯矩以及扭矩的共同作用,这种加载方式称为复合加载模式,在此种复合加载模式下建筑物及其地基的整体稳定极限承载力是工程设计中的关键问题。

可以复制应用于海上能源结构基础土壤的二维和三维静态和动态循环荷载系统是验证风机基础的有效手段。这些系统包括三轴和直接简单剪切系统,可以确定海上土壤的循环强度,以及固结特性,使用局部传感器的小应变刚度测量,以及静态不排水强度,以便在设计过程中进行评估。


01 EMDCSS

GDS伺服电机控制的动态循环单剪试验系统EMDCSS,可以很好地研究土的动态特性,因为它简易而且可以模拟现场的许多加载条件,而这些特点是其它实验室设备所无法达到的。EMDCSS设备可以让主应力的方向平稳和连续地旋转90度。模拟主应力旋转的能力可以适合研究许多岩土问题,包括地震荷载。该单剪试验系统可以直接研究排水和不排水条件下的剪切应力和剪切应变的关系,也可以用于海底结构,滑坡和地震性能研究的常规试验。

 

02 VDDCSS

 

多向动态循环单剪系统VDDCSS允许两个方向进行简单剪切,而不是标准单向。这通过具有作用于其上的次级剪切作动器来实现,此剪切作动器与主剪切作动器相差90度。

当用作变向系统时,次剪切轴可以独立于主剪切轴或与其一起使用,因此可以在任何水平方向上执行简单的剪切。近似于海上结构可能由于风和波浪载荷组合形成的复杂载荷模式。

 

03 MDDCSS

 

多维复合动态循环单剪实验系统MDDCSS提供了一种用于测试土样的系统,土样可能随时间改变剪切荷载方向。这包括各种海上基础设施,附风力发电机和石油钻机。

MDDCSS还可以模拟在一个方向上偏移并在另一个方向上加荷的情况。

 

 
 

 

施工设备选择

03

风机基础钢管桩直径大、使用荷载大,对沉桩标准要求高。施工中采用的打桩船的桩锤、打桩架高度、起吊能力、抗风浪能力等技术参数必须满足设计和施工要求,尤其是桩锤的选型,力求一步到位,尽量减少选择桩锤过程中所做的“无用功”,以降低施工成本、保证工程质量。

目前大型的海上锤击沉桩机械主要有筒式柴油打桩锤、液压打桩锤、振动锤三种型式,根据工程施工要求,土质情况及承载力要求,在施工前,采用模拟打桩过程软件,选择合适的打桩锤及打桩系统,能够在一定程度上提高施工效率,降低施工成本,尤其是避免因错误选锤而造成的失误成本。


01 精确模拟打桩过程软件GRLWEAP 2010

GRLWEAP2010海工版特别适用于海上非均匀桩和斜桩的打桩分析。

  • 精确模拟打桩过程软件GRLWEAP 2010通过GRLWEAP打桩波动方程分析程序,分析并模拟打桩过程。GRLWEAP的波动方程被广泛用于沉桩分析。对于已知的桩身参数、土质情况及承载力要求,GRLWEAP可以帮助选择合适的打桩锤和打桩系统。

  • GRLWEAP2010可在互联网访问自带锤数据库,数据库中拥有800多个型号的打桩锤数以及大量的打桩系统数据,数据库可定期更新。

  • 对于给定的桩锤系统,GRLWEAP可依据观测的锤击数预测打桩阻力、桩身动应力及预估承载力。

  • GRLWEAP可打性分析可确定打桩过程中桩身应力和锤击数是否超限或拒锤。

  • GRLWEAP能估计总打入时间。

 

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