東(dong)海(hai)(hai)大橋(qiao)海(hai)(hai)上風(feng)(feng)(feng)電(dian)(dian)場(chang)(chang)是亞洲第(di)一座(zuo)大型海(hai)(hai)上風(feng)(feng)(feng)電(dian)(dian)場(chang)(chang),位于東(dong)海(hai)(hai)大橋(qiao)東(dong)側(ce)的海(hai)(hai)域(yu),風(feng)(feng)(feng)電(dian)(dian)場(chang)(chang)總裝(zhuang)機(ji)(ji)(ji)容(rong)量100MW,擬(ni)布置20臺單(dan)機(ji)(ji)(ji)容(rong)量5MW的風(feng)(feng)(feng)電(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)組。在海(hai)(hai)上修(xiu)建風(feng)(feng)(feng)電(dian)(dian)場(chang)(chang),海(hai)(hai)洋水文、氣候條(tiao)件(jian)和(he)(he)海(hai)(hai)底地(di)(di)質條(tiao)件(jian)都非常(chang)復雜(za),給風(feng)(feng)(feng)電(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)組地(di)(di)基(ji)基(ji)礎(chu)設(she)(she)計(ji)和(he)(he)建造帶來了困難。風(feng)(feng)(feng)機(ji)(ji)(ji)地(di)(di)基(ji)基(ji)礎(chu)設(she)(she)計(ji)和(he)(he)建造,是海(hai)(hai)上風(feng)(feng)(feng)電(dian)(dian)場(chang)(chang)建設(she)(she)的難題(ti)之一,對(dui)其的經濟性(xing)(xing)和(he)(he)適用性(xing)(xing)將產生重要影(ying)響。在東(dong)海(hai)(hai)大橋(qiao)海(hai)(hai)上風(feng)(feng)(feng)電(dian)(dian)場(chang)(chang)設(she)(she)計(ji)中,設(she)(she)計(ji)單(dan)位對(dui)風(feng)(feng)(feng)機(ji)(ji)(ji)地(di)(di)基(ji)基(ji)礎(chu)進行了專題(ti)設(she)(she)計(ji)研(yan)究,對(dui)海(hai)(hai)上風(feng)(feng)(feng)電(dian)(dian)場(chang)(chang)風(feng)(feng)(feng)機(ji)(ji)(ji)基(ji)礎(chu)結(jie)構(gou)選型、結(jie)構(gou)計(ji)算(suan)分析等進行了深入研(yan)究,初步掌握(wo)了海(hai)(hai)上風(feng)(feng)(feng)機(ji)(ji)(ji)地(di)(di)基(ji)基(ji)礎(chu)特性(xing)(xing)及若干(gan)設(she)(she)計(ji)技術(shu)關鍵。
風(feng)電場位(wei)于臨港新(xin)城(cheng)至洋山(shan)深水(shui)港的(de)東海大橋兩(liang)側(ce)1000米以外沿(yan)線,最(zui)北端(duan)距離南(nan)匯嘴(zui)岸線近6公(gong)里(li),最(zui)南(nan)端(duan)距岸線13公(gong)里(li),全部(bu)位(wei)于上(shang)海市境內。
預(yu)計總裝機(ji)容量(liang)(liang)10萬千瓦(wa),單機(ji)容量(liang)(liang)不低于2000千瓦(wa)。未來(lai)預(yu)計發(fa)電量(liang)(liang)可(ke)達2.6億度(du),可(ke)供上(shang)海20多萬戶(hu)居民(min)使用一(yi)年。海上(shang)風(feng)電場所發(fa)電能(neng)將通過海底電纜輸送回陸(lu)地。
東海(hai)(hai)(hai)大橋(qiao)海(hai)(hai)(hai)上風電場(chang)位于(yu)東海(hai)(hai)(hai)大橋(qiao)東側的東海(hai)(hai)(hai)海(hai)(hai)(hai)域,風電場(chang)北端(duan)(duan)距(ju)岸線(xian)8km,南(nan)端(duan)(duan)距(ju)岸線(xian)13km,20臺5MW風機(ji)分三排布置,風機(ji)南(nan)北向(xiang)(xiang)間(jian)(jian)距(ju)(沿東海(hai)(hai)(hai)大橋(qiao)走向(xiang)(xiang))750m,東西間(jian)(jian)距(ju)1.2km。工程海(hai)(hai)(hai)域水(shui)深9.9~11.9m,海(hai)(hai)(hai)底灘(tan)面高程-10.00~-10.67m。灘(tan)地表層主要為淤泥。
目前國內還沒有海上(shang)(shang)風機基礎設計(ji)的規程(cheng)規范(fan)(fan)(fan),本工(gong)程(cheng)設計(ji)主要(yao)(yao)參考國內、外(wai)相關規范(fan)(fan)(fan)。主要(yao)(yao)依據的規范(fan)(fan)(fan)有:《海港水文(wen)規范(fan)(fan)(fan)》(JTJ214-98)、《建筑樁(zhuang)基技(ji)術規程(cheng)》(JGJ94-94)、《Design of off-shore wind turbine structures》(DNV-OS-J101:2004)、《海上(shang)(shang)固定平臺規劃、設計(ji)和(he)推薦作(zuo)法工(gong)作(zuo)應力設計(ji)法》(SY/T10030—2004)和(he)《海上(shang)(shang)鋼結構疲(pi)勞(lao)強度(du)分析推薦作(zuo)法》(SY/T10049—2004)等(deng)。根據風機設備(bei)商提供(gong)的基礎荷載、基礎設計(ji)要(yao)(yao)求分別(bie)進行承載極限(xian)狀態、疲(pi)勞(lao)極限(xian)狀態和(he)系統模態計(ji)算。
目前國(guo)外海(hai)(hai)(hai)上(shang)風電(dian)(dian)場(chang)風機(ji)基(ji)(ji)礎(chu)(chu)從結(jie)構(gou)型式(shi)(shi)(shi)上(shang)主要分為重(zhong)力固定(ding)式(shi)(shi)(shi)、支(zhi)柱固定(ding)式(shi)(shi)(shi)及浮置(zhi)式(shi)(shi)(shi)基(ji)(ji)礎(chu)(chu)。東海(hai)(hai)(hai)大(da)橋海(hai)(hai)(hai)上(shang)風電(dian)(dian)場(chang)位于海(hai)(hai)(hai)上(shang)近岸海(hai)(hai)(hai)水區,海(hai)(hai)(hai)床面以下20m深(shen)度內地基(ji)(ji)土以軟粘土為主。根(gen)據西歐國(guo)家現有(you)海(hai)(hai)(hai)上(shang)風機(ji)塔架基(ji)(ji)礎(chu)(chu)結(jie)構(gou)型式(shi)(shi)(shi),并參考(kao)國(guo)內外海(hai)(hai)(hai)上(shang)石(shi)油平臺(tai)、海(hai)(hai)(hai)上(shang)燈塔及海(hai)(hai)(hai)上(shang)跨海(hai)(hai)(hai)大(da)橋的(de)設計經驗,認(ren)為采(cai)用固定(ding)式(shi)(shi)(shi)樁柱基(ji)(ji)礎(chu)(chu)比(bi)較合(he)(he)適(shi)。為此提出4種基(ji)(ji)礎(chu)(chu)型式(shi)(shi)(shi)進行結(jie)構(gou)方(fang)(fang)案(an)(an)(an)設計。第(di)1種方(fang)(fang)案(an)(an)(an)為三腳(jiao)架組合(he)(he)式(shi)(shi)(shi)基(ji)(ji)礎(chu)(chu)、第(di)2種方(fang)(fang)案(an)(an)(an)為4腳(jiao)架組合(he)(he)式(shi)(shi)(shi)基(ji)(ji)礎(chu)(chu),這兩種方(fang)(fang)案(an)(an)(an)均為參考(kao)海(hai)(hai)(hai)上(shang)石(shi)油平臺(tai)、海(hai)(hai)(hai)上(shang)燈塔基(ji)(ji)礎(chu)(chu)的(de)結(jie)構(gou)型式(shi)(shi)(shi)。第(di)3種方(fang)(fang)案(an)(an)(an)為高樁承臺(tai)群樁基(ji)(ji)礎(chu)(chu)。第(di)4種方(fang)(fang)案(an)(an)(an)為單(dan)根(gen)鋼(gang)管樁基(ji)(ji)礎(chu)(chu)方(fang)(fang)案(an)(an)(an),其為國(guo)外海(hai)(hai)(hai)上(shang)淺海(hai)(hai)(hai)風機(ji)基(ji)(ji)礎(chu)(chu)的(de)常(chang)用結(jie)構(gou)型式(shi)(shi)(shi)。
從基礎(chu)結構特點、適用自然(ran)條件(jian)、海上(shang)施工技術與(yu)經(jing)驗以(yi)及(ji)經(jing)濟(ji)性方(fang)面(mian)對上(shang)述(shu)4種基礎(chu)結構方(fang)案進行了比較(jiao),最后(hou)選擇4角架組合式基礎(chu)為(wei)推薦方(fang)案。
4腳(jiao)架(jia)組合式(shi)基(ji)礎(chu)(chu)結構型(xing)式(shi)為:用(yong)4根鋼(gang)管(guan)樁定(ding)位于海底(di),樁頂通過與鋼(gang)套管(guan)的固接支撐(cheng)上(shang)部(bu)4腳(jiao)架(jia)結構,構成組合式(shi)基(ji)礎(chu)(chu)。4腳(jiao)架(jia)承受上(shang)部(bu)塔架(jia)荷載(zai),并將荷載(zai)傳遞給4根鋼(gang)樁。施工時,先在4個鋼(gang)套管(guan)基(ji)座位置在基(ji)床拋約(yue)2m。
厚度的高(gao)(gao)強(qiang)土工網裝(zhuang)碎石,以(yi)提(ti)高(gao)(gao)地基(ji)土對4腳桁架(jia)的承載力,然后沉放4腳桁架(jia)的預(yu)制(zhi)(zhi)鋼(gang)構(gou)件,預(yu)制(zhi)(zhi)鋼(gang)構(gou)件沉放定位后,再將4根鋼(gang)管(guan)(guan)(guan)直(zhi)樁(zhuang)(zhuang)(zhuang)穿(chuan)過鋼(gang)套管(guan)(guan)(guan)打入海(hai)床中,每根樁(zhuang)(zhuang)(zhuang)直(zhi)徑為2.2m,樁(zhuang)(zhuang)(zhuang)長(chang)55m,樁(zhuang)(zhuang)(zhuang)頂高(gao)(gao)程為-3m,樁(zhuang)(zhuang)(zhuang)尖高(gao)(gao)程為-58m,樁(zhuang)(zhuang)(zhuang)尖進入粉細砂層中,基(ji)樁(zhuang)(zhuang)(zhuang)呈等(deng)邊(bian)(bian)4邊(bian)(bian)形分布(bu),間(jian)距(ju)為16m。鋼(gang)套管(guan)(guan)(guan)外壁配(pei)帶特(te)制(zhi)(zhi)固(gu)樁(zhuang)(zhuang)(zhuang)器與(yu)基(ji)樁(zhuang)(zhuang)(zhuang)初(chu)步連(lian)接,在調整上部(bu)結構(gou)水平(ping)度后,再采用高(gao)(gao)強(qiang)灌漿法完成鋼(gang)套管(guan)(guan)(guan)與(yu)鋼(gang)樁(zhuang)(zhuang)(zhuang)的固(gu)接。上部(bu)4腳架(jia)為預(yu)制(zhi)(zhi)鋼(gang)構(gou)件,其包括12根直(zhi)徑2m的水平(ping)和斜向鋼(gang)管(guan)(guan)(guan)連(lian)桿,其分別(bie)連(lian)接4個(ge)鋼(gang)套管(guan)(guan)(guan)以(yi)及位于中心的直(zhi)徑6.5m的上部(bu)豎向鋼(gang)管(guan)(guan)(guan)。
上海(hai)東海(hai)大橋10萬(wan)千瓦海(hai)上風(feng)電(dian)項(xiang)(xiang)目是(shi)全球(qiu)歐(ou)洲之外第(di)(di)一個海(hai)上風(feng)電(dian)并網(wang)項(xiang)(xiang)目,也是(shi)中國第(di)(di)一個國家海(hai)上風(feng)電(dian)示(shi)范項(xiang)(xiang)目。該項(xiang)(xiang)目位于東海(hai)大橋東側的上海(hai)市海(hai)域,距離(li)岸線8-13千米,平(ping)均(jun)水深10米,總裝機容量102兆(zhao)瓦,全部采用(yong)華銳風(feng)電(dian)自主研發(fa)(fa)的34臺3兆(zhao)瓦海(hai)上風(feng)電(dian)機組(zu)。預計未(wei)來年(nian)發(fa)(fa)電(dian)量可達(da)2.6億度,所發(fa)(fa)電(dian)能將通(tong)過(guo)海(hai)底電(dian)纜輸送回陸地,可供上海(hai)20多萬(wan)戶居民使用(yong)一年(nian),相當于每年(nian)節約燃(ran)煤10萬(wan)噸,每年(nian)減排二氧化碳20萬(wan)噸。
東海(hai)大橋海(hai)上(shang)風電(dian)(dian)場在我國風電(dian)(dian)場建設史(shi)上(shang)創造了多項“第(di)一(yi)(yi)”:第(di)一(yi)(yi)次(ci)采(cai)用自主研發的(de)(de)3兆瓦(wa)離岸型機(ji)組,標志著我國大功率風電(dian)(dian)機(ji)組裝(zhuang)備制造業躋(ji)身世(shi)界先進(jin)行列;第(di)一(yi)(yi)次(ci)采(cai)用海(hai)上(shang)風機(ji)整體(ti)吊裝(zhuang)工藝,大大縮短了海(hai)上(shang)施工周期,創造了一(yi)(yi)個月在工裝(zhuang)船上(shang)組裝(zhuang)10臺、海(hai)上(shang)吊裝(zhuang)8臺的(de)(de)記錄;在世(shi)界上(shang)第(di)一(yi)(yi)次(ci)使用高樁承(cheng)臺基(ji)礎設計,有效解決了高聳風機(ji)承(cheng)載、抗拔、水平移(yi)位的(de)(de)技術難題。