海上风电吸力式筒型基础应用研究

高帅

摘要： 随着社会经济发展，能够开采的能源资源越来越少，而人们对于能源的需求量正不断加大，因此对新型能源的开发利用受到广泛关注。风能作为一种清洁的可持续能源，具有较大的发展空间，尤其是在海上风能的储存量极大。世界各国都开始将研究方向转向为海上风电场的建设上来，我国目前海上风电技术尚处于研究阶段，很多施工工艺还没有发展成熟，合适稳定的基础结构是保证海上风电场稳定运行的关键。本文对海上风电的基础结构类型进行阐述分析，并针对吸力筒型基础展开详细的分析，以期望为相关施工建设提供参考。

关键词： 海上风电；吸力式筒形基础；应用研究

风力发电有着较长的发展历史，在陆上建立风力发电场的相关技术已经十分完善，但是随着社会发展，陆上风电场的劣势也逐渐暴露出来，因此人们开始将研究方向转向海上风电场的建设。[1]一般情况下，海上风电场受噪音的限制比较小，可以使风电场的发电效率大幅提高，而且不占用陆地上的土地资源，能够有效缓解沿海地区的用电紧张情况。吸力式筒型基础是一种新型的基础结构，相比较其他海上风电基础，其具有独特的优势，在未来有广泛的发展空间。

一、海上风电基础形式研究现状

1、桩式基础

桩式基础主要可以分为以下几种，单桩、多桩、导管架式、三角架。桩式都是固定式的基础结构，其中单桩在欧洲应用很广，能够适应很多种不同的海床土质，施工工艺十分简单，而且造价成本较低。多桩基础是在单桩的基础上进行了改良，能够较好抵抗海水的荷载，结构相对稳定。导管架式基础同样稳定性较强，不论是海水还是海风都有较强的抵抗力，但是其对钢材需求量较大，造价较高。三脚架基础依靠三个钢管支撑，在保证自身稳定性的同时，还尽可能减轻了结构的重量，使施工过程方便了许多。

2、重力式基础

重力式基础是依靠自身的重量来对抗海上风浪的荷载，能够适用在浅海水域，而且对海床的土质要求较高，不可以有淤泥存在。[2]用混凝土来制作大体积沉箱或者基座，使基础结构能够稳稳地沉入海底，通常设计的结构体积和重量都非常巨大，因此这些结构大多是在施工地点附近的陆地上来进行制作。结构制作完成后，借助运输船只将基础结构运输到目标的施工地点，安装过程就较为简单，相比较来说施工的成本低廉。

3、吸力式筒形基础

吸力筒式基础是一种比较新型的基础结构，可以根据实际的施工情况，来设计筒的数量从而保证基础结构施工的稳定性。吸力筒式基础不仅安装方便，拆除也十分方便，相关部件能够得到再利用。不过这项基础结构目前仍处于研究阶段，使用过程中是否存在風险尚未确定。

4、漂浮式基础

漂浮式基础是利用浮力来对风电机组进行支撑，这项技术可以应用到深海海域的风电场建设中，然而在实际的建设中还存在较多难题，在防止风机结构过度倾斜以及摇晃还需要较多的研究。[3]我国对漂浮式基础的研究起步较晚，目前还没有得到实际的应用，不过在未来的发展中具有较高的应用前景和价值。

二、海上风电吸力式筒形基础的应用研究

1、吸力式筒型基础的原理

吸力式筒型基础是上部封闭，下部开口，类似于一种倒置的筒结构，其施工沉放过程主要是借助产生负压来进行。在进行施工过程种，首先将吸力筒基础直接沉放到水中，其自身的重量能够使其下沉至一定的深度，在无法继续下沉之后，用泵在顶盖处进行抽水，加大泵的功率使抽水量能够超过渗流进筒内的水量，由此就可以使吸力筒内外产生一定的负压，当负压的大小超过了海床对吸力整个基础结构就可以继续进行下沉，直至海床表面的泥土碰到吸力筒顶部。完成这步操作之后，吸力筒内外的压力差逐渐变小至趋于平衡，吸力筒结构几乎整个都沉入了海床泥土中，类似于一个桩式基础，但不需要像桩式基础需要打桩设备，施工十分方便。[4]在进行沉放的过程中，海水的深度会影响到筒受到的负压大小，深度越深则负压越大，而负压是克服海床泥土阻力的主要动力，因此在施工前应当设计计算出最小的水深施工情况，从而确保实际施工能够顺利进行。

2、吸力式筒型基础的优点

吸力式筒型基础主要具有以下几个优点：（1）施工过程中，不需要大型的安装设备，只需要依靠负压就能够进行沉放，施工操作十分方便快捷，相关施工投入的成本大大降低。（2）该基础结构类似于筒状，因此可以漂浮在海面上，使得在海上运输十分方便，能够利用拖船直接拖至目标施工地点。（3）吸力筒基础的拆除工作也很简单，结构基础能够重复使用，拆除后直接用拖船拖到新的施工地点再次安装。（4）吸力筒基础一般情况下不会太深入海床土层，所以深层的土质情况不会对施工造成影响，也就节省了在施工前的勘测工作。

3、吸力式筒型基础的发展过程

吸力筒基础最初是以吸力锚作为基础开发出来的，这种新型的基础结构具有很多特有的优点，因此受到业内很多关注。国外早在1994年就将吸力筒式基础投入到实际的使用中，我国国内则是在1995年才将这一项技术运用到实际生产中，在渤海风电场的建设中正式投入使用。[5]不过吸力筒式基础目前是否能够稳定可靠使用，还有待进一步试验验证，在未来还有较大的发展空间。

三、结束语

综上所述，在未来，海上风电场的建设将会给人类社会提供巨大的能源供应，海上风电将会成为主要的能源之一。由于海上风电场特殊的环境条件，导致其对于风电基础结构的要求很高，合适稳定的基础形式是保证风电场正常运转工作的基础，会直接对风电场的发电效率以及施工成本造成影响。吸力式筒型基础作为一种新型的基础形式，具备其他基础形式所不具备的优点，在未来的海上风电建设中有着巨大的发展空间。

参考文献

[1]朱斌，应盼盼，郭俊科，等.海上风电机组吸力式桶形基础承载力分析与设计[J].岩土工程学报，2016，35（1）：443-450.

[2]封宇，何焱，朱启昊，等.近海及海上风资源时空特性研究[J].清华大学学报（自然科学版），2017，56（5）：522-529.

[3]朱斌，应盼盼，邢月龙.软土中吸力式桶形基础倾覆承载性能离心模型试验[J].岩土力学，2016，36（1）：247-252.

[4]刘梅梅，练继建，杨敏，等.宽浅式筒型基础竖向承载力研究[J].岩土工程学报，2016，37（2）：379-384.

[5]王建华，杨海明.软土中桶型基础水平循环承载力的模型试验[J].岩土力学，2017，29（10）：2607-2612.