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2023年  第10卷  第4期

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封面
《南方能源建设》2023年4期封面目次
2023, 10(4)
摘要:
主编寄语
海上风电工程技术专刊主编寄语
施伟, 乐丛欢
2023, 10(4): 1-1.
摘要:
海上风电工程技术
砂土中桩靴贯入深度对自升式风电安装船水平承载特性影响的试验研究
王凯, 武宗豪, 韩若朗, 乐丛欢, 麦志辉, 吴韩
2023, 10(4): 1-10. doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2023.04.001
摘要:
  目的  自升式风电安装船作为海上风电开发中的重要施工设备,研究其在位状态下的承载性能对于保障风电安装船作业安全尤为重要。  方法  文章以自升式安装船为研究对象,结合室内模型试验和有限元法开展了均质砂土中4种不同的桩靴贯入深度下的水平承载性能以及周围土压力变化规律研究。  结果  研究表明:随着贯入深度的增加,自升式安装船的水平承载力呈近似线性增长趋势,贯入深度为10 cm较贯入深度4 cm水平承载力增加了38.02%,其对应的水平位移同样呈现增加的趋势,在水平荷载作用下,桩靴的承载模式表现为临载侧桩靴受压,背载侧桩靴受拉。桩靴表面同侧土压力变化规律一致,当贯入深度为10 cm时,临载侧桩靴底的土压力变化最大值为38.37 kPa,较贯入深度为4 cm时增大了126.2%。且临载侧桩靴下表面和背载侧桩靴上表面的土压力变化较大。  结论  水平荷载作用下自升式安装船的受力模式为拉压模式,且砂土中桩靴贯入深度的增加,能显著提高水平承载性能,为保障风电安装船的安全和作业能力,需保障桩靴的贯入足够的深度。
强非线性波作用下海上风机动力特性模型试验研究
傅禹舜, 施伟, 张松浩, 张礼贤, 任亚君, 李昕, 周昳鸣
2023, 10(4): 11-17. doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2023.04.002
摘要:
  目的  单桩式基础是目前近海海上风电场应用最广泛的支撑结构。中国海洋环境多为浅水和中等水深,受到非线性波浪影响较为明显。与行进波相比,聚焦波可以在短时间内形成一个作用在桩柱上、比常规波浪力大的冲击力,从而影响海上风机的运行性能和疲劳寿命。文章旨在探究强非线性波浪作用下海上风机单桩基础荷载特性,掌握聚焦波与基础相互作用规律,为工程设计提供参考。  方法  文章采用水池模型试验的方法对NREL 5 MW单桩海上风机开展研究,缩尺比例为1∶80。结合我国东部沿海风电场的海洋环境条件,选取了三种典型聚焦波模型,通过浪高仪器和测力天平分别记录了不同工况下单桩周围波浪爬高和底部受力变化情况。  结果  结果表明:桩基所受的水平波浪力具有很强的瞬态性;单桩基础所受水平波浪力在聚焦波的作用下会突然增大,在波谷会受到反向冲击力。  结论  文章揭示了聚焦波引起的海上风机单桩基础荷载变化规律,证实了非线性波浪对于风机基础动力特性的重要影响,相关成果具有较高的理论和工程应用价值。
Research on Liquefaction Resistance of Bucket Foundation for Offshore Wind Turbines
LI Jingyi, ZHANG Puyang, LE Conghuan, DING Hongyan, QI Xiaoliang
2023, 10(4): 18-31. doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2023.04.003
摘要:
  Introduction  With the increasing demand for clean energy, the offshore wind power sector has seen a spurt of progress in recent years, and the bucket foundation has become the preferred choice for offshore wind turbines considering its good economy, convenient construction, and recyclability. Due to the widespread distribution of seismic zones in China, the seismic performance of bucket foundation is a crucial consideration for structural design. The bucket foundation is featured by high structure stiffness, so that the probability of structure damage caused by earthquake is low, and the failure under earthquake is mainly caused by the liquefaction of the foundation soil. For this purpose, the paper focuses on the seismic performance of bucket foundation in sandy soil.   Method  The liquefaction resistance of sandy soil for bucket foundation was analyzed by shaking table tests in this paper. The study objects included four types of bucket foundation in sandy soil, namely mono-bucket foundation (MBF), composite bucket foundation (CBF), three-bucket jacket foundation (TBJF) and four-bucket jacket foundation (FBJF).   Result  By carrying out shaking table tests, the excess pore pressure ratios of sandy soil for different types of bucket foundation under earthquake are obtained, and the impact mechanism of bucket foundation on the anti-liquefaction performance of sand soil is clarified.   Conclusion  The bucket foundation can improve the liquefaction resistance of sand, since the additional load effect of the superstructure and the hoop effect of bucket skirt weakens its shear shrinkage. The test results of MBF are compared with those of CBF, and the test results of TBJF are compared with those of FBJF. It is found that the seismic performance of CBF and FBJF is respectively superior to that of MBF and TBJF.
考虑安装误差的灌浆连接段轴向力学性能研究
陈涛, 时慧林, 陈诚, 陈珂, 元国凯
2023, 10(4): 32-42. doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2023.04.004
摘要:
  目的  随着海上风机工程逐渐向深远海区域发展,海上恶劣的施工环境极有可能导致导管架基础灌浆连接的安装产生误差进而影响连接的轴向力学性能,故需要研究安装误差对于灌浆连接段轴向力学性能的影响规律。  方法  首先开展灌浆连接段缩尺试件的轴向静力加载试验,随后采用有限元分析方法来模拟对应试件的轴向加载过程,其模拟结果与试验数据显示出较好的拟合性。  结果  研究结果表明:纵向、横向安装误差的增大会导致灌浆连接段轴向刚度的增大,并会进一步改变套管和桩管的纵向应变分布;另外,安装误差的增大也会引起轴向加载过程中灌浆料内第三主应力最大值的增大和其分布位置的变化。  结论  综上所述,安装误差对导管架基础灌浆连接段轴向力学性能的影响可能导致灌浆连接段破坏模式的改变,故需根据安装误差的影响规律来对其危害予以充分的考虑与评估。
基于连续隐马尔可夫模型的风水火联合低碳检修优化
何知纯, 谢敏, 黄莹, 李弋升, 张世平
2023, 10(4): 43-56. doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2023.04.005
摘要:
  目的  新型电力系统背景下,风机的低碳检修与常规机组的协同检修等问题亟待解决。文章兼顾多属性气象因子影响和低碳性、经济性需求,建立基于连续隐马尔可夫的风水火联合低碳检修优化模型。  方法  首先,以降雨量、风速、雷电危险度为观测序列,以检修容量为隐状态序列,利用连续隐马尔可夫(Continuous Hidden Markov Model, CHMM)过程实现对风电场检修容量的动态跟踪。然后,以最优检修容量为决策依据、以总成本最小为优化目标,统筹考虑检修约束、系统控制约束等,构建风水火联合低碳检修优化模型。最后,以IEEE30节点系统进行算例展开研究。  结果  结果表明,所提模型具有更显著的经济效益和低碳特性。  结论  文章所做研究对风机的运行维护具有较高的理论价值,工程适用性较强。
面向海上风电开发建设的工程地质模型及应用研究
牛海峰, 李向辉, 梁峰, 李亚, 张子健
2023, 10(4): 57-70. doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2023.04.006
摘要:
  目的  加快海上风电建设和发展对促进我国能源结构调整具有重要意义,我国正迎来全海域海上风电开发浪潮,而地勘是海风开发的重要基础和关键技术。  方法  通过研究国内外海洋地勘技术并结合多年不同海域工作经验,提出一种基于一致性原则的海风工程地质模型新技术。首先,勘察设备选定及测线布置应从三维初始模型出发,评估地质变化和地面灾害对海风设计施工的影响,并充分考虑船只选型、野外原位和室内实验测试、物探和土工数据关联。然后,在可研和详勘阶段,获取钻孔及风场全区域丰富且连续的数据后,采用室内土工试验和原位测试相结合,多物探设备结合,岩土和物探方法相结合的方式对各种数据进行一致性分析、地勘数据平台管理、模型升级和建立最终模型,并在后续阶段不断优化和迭代工程地质模型。工程地质模型为海上风电场设计,安装,运维和退役全生命周期提供全面工程地质信息。  结果  研究结果和海风地勘实例表明,通过一致性综合布设和数据分析,有效连接岩土勘察和工程物探,构建立体交叉的工程地质模型能有效解决“地勘数据说不清”问题,提高地勘数据可靠性、精准性和应用度。  结论  所提新方法是海工实现降本增效的有效方法之一,也是海风地勘数字孪生的雏形和构建地勘大数据基因库的基础。
半直驱永磁风力发电机散热性能影响因素研究
孙睿, 葛文澎, 吴迪, 苗得胜
2023, 10(4): 71-81. doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2023.04.007
摘要:
  目的  随着风力发电技术的发展,永磁风力发电机单机容量不断增加,发热功率也随之增大,发电机散热正面临前所未有的挑战,如何有效地解决发电机温升高、散热难的问题一直是我们研究的重点。  方法  文章基于STAR-CCM+软件平台建立了发电机散热-冷却一体化数值模拟方法,通过与实验值对比验证了数值计算方法的可靠性。在此基础上对大功率永磁风力发电机内部温度分布规律以及冷却系统散热性能影响因素进行了研究。  结果  在额定功率下,绕组、定子铁芯的最高温度出现在中层区域,工艺条件允许的情况下,冷却水管位置应尽可能靠近绕组,以带走更多的热量;增大发电机总进风量,可显著降低定子铁芯温度和绕组温度;进风温度与绕组、定子铁芯最大温度呈线性关系,进风温度每降低5℃,最高温度降低约1.4℃,降低进风温度可一定程度上改善发电机散热性能;进水温度与绕组、定子铁芯最大温度呈线性关系,进水温度每降低5℃,最高温度降低约3.3℃,降低进水温度可大幅提升发电机散热性能。此外,冷却水管与定子铁芯的间隙极大地阻碍了冷却水管的换热,在间隙中填充导热性能好的材料可有效改善发电机散热性能。  结论  文章所得结论可有效指导永磁风力发电机的散热设计,能够保障风电机组在正常工作中安全运行。
风电机组惯量响应与一次调频能力研究
郭江涛, 陈烁, 曾瑞斌, 黄丽玲, 张一丰
2023, 10(4): 82-90. doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2023.04.008
摘要:
  目的  风电大规模接入电网给电网运行的稳定性尤其频率稳定带来极大挑战。为改善大规模风电接入电网导致的调频能力不足,提升风电并网频率适应性能力,风电机组亟须具备调频功能及响应及时性。  方法  文章采用基于转子动能和桨距角备用的调频系统方案,在电网频率变化时可快速精确地为电网提供有功支撑。首先,在对惯量响应和一次调频算法逻辑进行理论分析的基础上,进行主控算法设计;然后,在联合仿真平台进行功能性验证;最后,在某项目进行实测。  结果  仿真和测试结果表明:基于转子动能和桨距角备用的调频系统方案可应对多种电网频率变化,快速提供有功支撑。  结论  风电机组的调频系统方案可在多种频率变化工况下进行快速地惯量响应(响应时间小于500 ms)和一次调频响应(响应时间小于5 s),并为电网提供稳定的有功支撑,有助于辅助电网频率恢复,有效提升风电机组的频率适应性。
面向友好接入含氢能系统海上风电场台风期间的协同控制方法
谢善益, 仲卫, 杨强, 谢恩彦, 周刚
2023, 10(4): 91-102. doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2023.04.009
摘要:
  目的  随着双碳目标的稳步推进,越来越多的分布式可再生能源接入电网。其中,在经济发达、沿海电力负荷大的地区大力开发海上风力发电已成为国内外学者广泛关注的热点。然而,风力发电固有的间歇性,特别是台风期间海上风电场与主网主动断开时,会对受端电网造成不利影响。  方法  为了实现台风期间海上风电友好接入,考虑到氢储能具有储存效率高、排放低和应用广泛等优点,文章提出了一种海上风电场与氢能管理系统(Hydrogen Management System,HMS)之间的协同控制方法,一方面,台风临近时期,可在正常运行下最大限度地利用风能发电;另一方面,台风过境,海上风电逐步脱网时氢能系统释放电能以缓解风电场的有功骤降,弥补传统发电机组启用存在爬坡率等问题,以减小其对受端电网的不利影响,有效平移海上风电输出的波动性。文章首先详细介绍了海上风电场与氢能系统的物理建模方法及控制模型,并说明了台风期间二者之间的协同控制策略。  结果  最后,通过仿真验证,所提方法可使海上风电场能够更灵活、更友好地满足台风期间的并网运行。此外,氢储能系统可在正常运行下最大限度地利用风能发电。  结论  在台风期间,可通过控制氢能系统释放电能以弥补传统发电机组启用存在爬坡率等问题,以减小其对受端电网的不利影响。
海上风电产业现状及未来发展分析
王诗超, 刘嘉畅, 刘展志, 李妮
2023, 10(4): 103-112. doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2023.04.010
摘要:
  目的  在加快推动沿海能源清洁化转型、调整产业结构趋势下,海上风电由于其风资源丰富、利用小时数高、消纳便利等优点,将成为沿海省份电力能源安全、清洁、高效转型的重要支撑。  方法  文章对海上风电产业现状与未来发展前景进行全面分析,预测了未来近海浅水区和深远海海风产业综合降本的趋势。  结果  结果表明,广东海域“十四五”期间能否实现平价上网与年均综合降本速度相关;广东部分风资源条件较好的深远海项目至“十四五”末期能够实现平价上网,同时在规模效应下仍有进一步降本空间。  结论  我国海上风电产业链逐步完善,但仍有许多关键部件、核心技术依赖进口,需要不断开展国产化研究,实现产业成本的有效降低。
风机叶片回收技术现状与展望
余丹, 孙永斌, 杨琦, 高丽, 董碧琼, 曾小超
2023, 10(4): 113-121. doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2023.04.011
摘要:
  目的  世界风电行业蓬勃发展,老旧风机叶片迎来退役高潮。如何实现废旧风机叶片的高效回收和资源化利用已经成为影响风电行业绿色循环发展和低碳足迹目标的关键问题。  方法  传统废旧风机叶片的处理方式为填埋或燃烧,资源浪费的同时产生了巨大的环境问题。在此背景下,文章系统梳理了国内外主流风机叶片回收技术(机械回收、热解回收、化学回收、综合回收),分析了不同回收技术的优劣。  结果  基于对当前国内外废旧风机叶片回收工业化、资源化应用场景的总结,对未来的风机叶片回收利用市场及前景进行了建议和展望。  结论  风电产业对于助力节能减排及实现“碳达峰、碳中和”目标有重要作用,而风机叶片回收市场尚处于中小规模的探索性阶段,距离大规模产业化还有一段距离,亟需政策、标准、技术研发方面的支持。文章从多方面梳理论述了国内外废旧风机叶片回收技术和应用场景的现状及发展趋势,以期为风电行业的绿色循环低碳发展提供科学参考。
风火储氢碳多能耦合打捆送出模式研究
钟依庐, 刘为雄, 郑赟, 王路, 印佳敏, 李震, 郑可昕, 肖楷
2023, 10(4): 122-130. doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2023.04.012
摘要:
  目的  为在通道建设空间受限的情况下坚实城市负荷中心能源供给保障并实现海上风电大规模送出与消纳,提出一种风火打捆、多元耦合的系统建设运行模式,并结合项目对该模式进行理论分析与仿真验证。  方法  在研究过程中,设置风火分别送出、风火打捆送出但运行不耦合、风火打捆送出且运行耦合、风火氢碳耦合送出4种仿真试验方案,并依托HOMER软件环境及粒子群算法对试验方案进行系统运行仿真与指标测算。  结果  测试结果表明:通道总规模在未采用风火打捆送出模式时比采用风火打捆送出模式时高2.2 GW,通道平均利用率59%,比采用风火打捆送出模式时低21%~23%;风电与火电共用送出通道但运行不协同产生弃风量合计164 GWh;风火建设打捆且运营协同时可实现零弃风,并减少单位供电碳排放下降30~33 g/MWh。  结论  风火打捆、多元耦合的绿电送出及系统运行方式可行且有效,对海上风电项目的规划建设具有指导意义。
海上船舶融合识别算法研究与改进
王小虎
2023, 10(4): 131-137. doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2023.04.013
摘要:
  目的  目前,我国海上风电平台对于附近船舶的监控手段主要是船舶AIS(Automatic Identification System)系统以及远程摄像头,这种缺乏信息化技术的手段往往需要耗费大量的人力、物力。为了能有效预警海上风电平台附近的船舶,文章分析了目前对于海上船舶识别任务所存在的亟待解决的问题,提出一种结合改进型Faster-RCNN网络以及船舶AIS信息的海上船舶融合检测算法。  方法  首先,提出Fast-RCNN模型3个方面的改进意见,对传统Faster-RCNN模型进行特征提取网络,对主干网络以及损失函数等结构进行调整;其次,基于改进型Faster-RCNN网络对远距摄像头拍摄的图片进行船舶检测,并结合船舶AIS系统相关信息对结果进行补充与校正;最后,根据模型训练过程保存的最优模型在验证集上进行测试,采用查准率、查全率以及平均准确率指标对各个模型进行评价。  结果  不同特征提取网络、分类损失函数的Faster-RCNN模型推理速度及精度得到了较大提升;海上风电平台对于船舶的监控能力得到改善;结合船舶AIS系统对海上船舶信息进行处理并获取其航行轨迹,实现了对远程摄像头拍摄图片中的船舶的检测。  结论  实验表明,对传统Faster-RCNN进行特征提取网络以及分类损失函数的替换,能够有效提升该网络在船舶识别任务中的检测精度,并且通过融合船舶AIS系统能够有效获取船舶的运行轨迹。
基于多尾流模型的大型海上风电场扩容试验研究
蔡彦枫, 徐初琪, 汤东升, 王晴勤
2023, 10(4): 138-147. doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2023.04.014
摘要:
  目的  文章旨在研究大型海上风电场的最佳规划容量设置。  方法  针对某1 GW容量的单个规划场址,利用3种不同单机容量机型与3种海上风电场尾流模型,结合海上风资源图谱开展同场址逐步扩容至2 GW的一系列数值试验,并对全场发电量、尾流影响与边际效应进行分析。  结果  结果显示,随着机型的单机容量增大,扩容过程中全场实际发电量增幅越高,尾流损失增长越慢,兼顾机组安全性与投入产出比的有效扩容区间越大;但尾流模型选择可能影响有效扩容区间评估结果。  结论  文章研究表明,在满足现有用海指标、风电机组安全性与工程经济性等多重约束下,单个场址的最佳规划容量可以略高于现有基准值,在今后海上风电千万千瓦级基地规划中,应科学细分并合理设置单个场址的规划容量。
顶部灌浆导管架桩基在黏土地基中的竖向承载特性研究
郑灿, 嵩贺兴, 徐璐, 刘博
2023, 10(4): 148-157. doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2023.04.015
摘要:
  目的  顶部灌浆导管架桩基是海上风电导管架在黏土海床中的一种新型基础应用型式。由于灌浆段能承担部分载荷,其受力变形机制与管桩有显著差异,现有设计常忽略基础中各部分的承载力分担情况,仅当空心管桩处理,忽略了灌浆段的作用。  方法  文章对比了现有海洋桩基础和中尺度基础的承载力计算公式,分析了不同公式对顶部灌浆导管架桩基的适用性;采用有限元方法建立了黏土海床中的顶部灌浆桩基数值模型,通过与现场试验、离心模型试验结果对比验证模型的有效性;最后基于有限元结果分析了适用于顶部灌浆桩基的竖向承载力计算公式,探究了不同地层强度分布和不同长径比下的基础承载特性与分担规律。  结果  结果表明:对于不同表层强度的强度线性增加土层,随着表层强度的增加,灌浆段承载力也随之增大,但灌浆段承载力占比逐渐减小;在相同土层情况下,随着桩基入土深度的增加(长径比的增大),灌浆段承载力占比也逐渐减小。  结论  综上所述,灌浆段的存在可以增加导管架桩基的竖向承载力,对于导管架桩基工程的优化具有参考意义。
风力发电机组受共模电流的影响分析
王晓峰
2023, 10(4): 158-165. doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2023.04.016
摘要:
  目的  为解决共模干扰电流对风机设备造成的伤害与破坏,避免风力发电机组长期带病运行和伤害风电机组大部件,从而导致风场风电机组可利用率下降、弃风现象产生和发电量损失。  方法  文章通过阐述我国南方某风电场风电机组存在的共模电流干扰信号现象,现场机组设备损坏,误动作信号故障,故障引起的风力发电机组电流输出电缆过热、变压器过热,设备误动作保护以及发电机组振动异常等现象,以风场#11风机为检测点,进行实地机位实验检测,结合现场测量数据和图片,对问题进行系统理论分析。  结果  确认由于该发电变频系统产生的共模干扰电流的存在,引发了风力发电机组电流输出电缆过热、变压器过热、保护设备的误动作、发电机组振动异常等的一系列问题。由于该风场项目为已投产多年的在线发电项目,设备及电缆布置均已就位固定,难以改动或拆卸,为了不影响机组正常运行发电,在不影响原有线路现状的前提下,采用在发电机组发电母线上加装抗干扰线圈CoolBLUE®系列的解决方案。  结论  实践表明:此改善方案有效可行,为以后出现此类故障预防与改善提供建议和思路,避免风机再次发生同类故障,增加风电发电机组的可利用率,并可以推广应用。
某近海风电场风机基础选型设计
李保洋
2023, 10(4): 166-173. doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2023.04.017
摘要:
  目的  自2022年起,海上风电的国家补贴将全面退出。海上风电机组基础是风电机组的支撑结构,对海上风电场的安全运行起着至关重要的作用。在平价上网、“30·60”双碳目标和国家“十四五”能源规划等政策的指导下,合理地选择、设计海上风电机组基础,是海上风电场降本增效的有效手段。  方法  文章以某近海风电场风机基础选型设计为例,综合国内海上风电场的建设经验,进行基础型式比选;首先选择单桩基础、导管架基础和高桩承台基础3种基础型式进行初选,然后结合该近海风电场的海洋水文和地质条件,分析不同风机基础型式的适用水深及优缺点,从结构安全性、施工可行性、工期及工程经济性等方面进行了综合比选。  结果  研究表明:风机基础型式的选择与水深、土层地质条件、风电机组固有频率、施工安装设备能力、施工工期、工程造价等几个因素有关。单桩基础结构型式优良、施工可行、工期最短、经济性最优,优势明显。  结论  推荐该近海风电场风机基础采用单桩基础方案。
海上升压站上部节点加强方案优化与计算方法
温作鹏, 程方圆, 陈轩
2023, 10(4): 174-183. doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2023.04.018
摘要:
  目的  海上升压站上部组块的圆管-工字钢节点数量众多,构造形式复杂,一般结构设计软件无法对其进行校核,亟需可行的校核设计方法与加强构造方案的优化研究。  方法  选取海上升压站上部组块的典型圆管-工字钢节点建立简化模型,并为该简化模型设计5种加劲肋构造方案。采用有限元软件仿真方法,对模型分别施加轴压位移、面内转角、面外转角这3种典型的位移加载工况,对5种加劲肋方案的塑性发展情况和破坏形式进行分析。选取某纵向加劲肋方案,依据规范规定假定加劲肋的有效受力截面,对复杂荷载作用下加劲肋应力校核提出简化计算方法,并采用有限元方法进行验证。  结果  结果表明,无加强的圆管-工字钢节点无法满足“强节点弱构件”的设计要求,采取加劲肋等加强措施是必要的。纵向加劲肋方案具有更高的承载力与更好的经济性,纵向加劲肋对于梁腹板受剪承载力至关重要,而横向加劲肋无法提高受剪承载力。有限元分析给出的应力分布情况与简化计算方法的假定是一致的,简化计算方法给出的应力水平高于有限元分析的结果,表明该方法是可行且偏于安全的。  结论  纵向加劲肋方案是较优的节点加强方案。应用所提出的简化计算方法,可对纵向加劲肋方案进行高效的校核。
海上风电单桩基础地基加固技术研究
校建东
2023, 10(4): 184-192. doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2023.04.019
摘要:
  目的  在以“双碳”为目标的能源政策导向下,海上风力发电作为一种新型的能源技术,得到了广泛的应用,并且在中国迅速发展。单桩基础是海上风电中最经济、应用最广泛的基础。为解决单桩基础的变形及冲刷保护问题,提出了一种地基加固技术,并对该加固技术进行研究分析,给出加固方法的依据。  方法  针对桩基地基加固技术进行方法研究论证,通过针对加固技术路线及工艺研究,选取一种适合于海上施工的地基加固技术,并采用数值分析方法针对加固效果及加固影响范围进行详细分析。  结果  结果表明:在1.15倍荷载下,采用地基加固的单桩基础的水平承载力提升15%以上,通过地基加固可以适用于更大容量的机型。本分析案例中,当地基加固深度、水平范围都达到8 m时,加固深度方向范围的土体比加固平面方向范围的土体获得的收益更大。  结论  利用水泥土加固的技术方案经数值分析验证可靠,对单桩承载能力提升显著,且加固范围合理经济,可为后续海上风电实际工程单桩地基加固技术的应用提供借鉴。
导管架大直径短桩竖向承载力CPTU方法应用分析
王李吉
2023, 10(4): 193-199. doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2023.04.020
摘要:
  目的  目前,我国的海上风电工程中,随着工程开发逐步走向深远海,风电机组最常用的基础结构是桩基础,而最常用的上部结构为导管架结构,两者的结合构成了风电机组的基础支撑体系。在一些深水的浅覆盖层地区,大直径导管架基础的应用需求尤其强烈,而下部桩基础的设计直接决定了方案的可行性及结构的安全性,为验证导管架大直径短桩桩基承载力问题,提出采用孔压静力触探试验(CPTU)的计算方法应用。  方法  通过API规范推荐的CPTU计算方法中的UWA-05方法,进行承载力计算,进一步结合广东某风场高应变实测数据与公式计算结果进行对比分析,并对公式本身端阻差异较大的情况进行了参数拟合。  结果  结果表明:采用CPTU方法计算导管架大直径短桩桩身侧阻时,与实测数据拟合度较好。导管架大直径短桩难以形成有效土塞,在采用CPTU方法计算端阻时,建议仅考虑端部环面积。  结论  由此采用CPTU方法计算导管架大直径短桩承载力是可靠的方法,但在使用时候建议结合试桩数据对比验证,为后续深远海风场利用CPTU进行大直径短桩承载力计算应用提供借鉴。