上海东海大桥风电场

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100MW，拟布置20台单机容量5MW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8km，南端距岸线13km，20台5MW风机分三排布置，风机南北向间距(沿东海大桥走向)750m，东西间距1.2km。工程海域水深9.9～11.9m，海底滩面高程-10.00～-10.67m。滩地表层主要为淤泥。

设计标准原则

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/T10030—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。

风机基础结构

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20m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。

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2m。

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2.2m，桩长55m，桩顶高程为-3m，桩尖高程为-58m，桩尖进入粉细砂层中,基桩呈等边4边形分布，间距为16m。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2m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6.5m的上部竖向钢管。

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。