海上风电基础阴极保护技术研究

目的 探究外加单一电流阴极保护(Impressed Current Catholic Protection,ICCP)系统、单一牺牲阳极保护(Sacrificial Anode Cathodic Protection,SACP)系统以及SACP与ICCP系统联合保护3种工况下对海上风电基础的最优保护方案。方法 通过对3种工况进行数值模拟计算,对比不同工况下阴极保护系统对风电基础的保护效果。确定最优工况后,构建大比尺模型对最佳工况进行该工况下的实海测试实验。结果 单一SACP、单一ICCP系统以及SACP与ICCP系统联合保护3种工况下,风电基础保护电位区间分别为–926~–881 mV、–1 018~–985 mV和–984~–963 mV。实海测试实验中,导管架电位分布为–1 029~–912 mV。数值模拟结果与实验结果基本一致。结论 当SACP与ICCP系统联合保护时,保护效果最好。随着输出电流的逐步增大,风电基础模型逐步趋于过保护状态。

海上风电基础冲刷防护措施

该研究首先对冲刷机理进行深入剖析,讨论冲刷现象产生的原因和数学模拟方法以及评价冲刷对基础结构稳定性产生的影响。根据存在的冲刷防护存在的问题及成因,研究提出创新和优化的措施,主要有生态友好型防护技术,智能化监测预警系统和数据分析及模型预测。这些举措是为了增强海上风电基础抗冲刷能力、降低运维成本和风电产业可持续发展。

风浪流共同作用下海上风电基础与海床的动力响应分析

我国近海风资源丰富，但由于海洋环境条件的复杂性，开发利用近海风资源的规模和效益受到很大的制约；而风、波浪和海流等作为近海主要环境荷载对近海风机的正常运行起到决定性作用。采用谐波叠加法模拟得到近海风电场的风荷载时程，利用Morison方程和非线性波浪理论推导了波浪荷栽和波流荷栽的计算公式，最后根据Turkstra准则将风浪流荷载进行叠加组合，建立风浪流荷载共同作用下海上风电基础与海床动力相互作用的三维有限元计算模型。基于此模型，针对不同荷载组合条件下风机塔筒的水平位移、竖向应力以及基础的水平位移、桩身弯矩、桩身剪力等进行了动力分析，同时对风浪流荷载共同作用下桩基础周围海床的超孔隙水压力响应进行了计算分析，讨论了不同的荷载参数对海床超孔隙水压力的影响。结果表明：风荷栽对风机塔筒顶端水平位移、塔底应力影响较大，波流荷载对风机基础顶端水平位移、桩身弯矩、桩身剪力影响较大，而波浪荷栽则对海床孔隙水压力影响较大。可取最大风荷载和最大波流荷载叠加波浪荷载时程的组合为最不利组合方式。

三浮体式海上风电基础结构响应研究

采用SESAM软件包对一种三浮桶式海上风电基础结构进行了运动响应计算。采用GeniE模块建立了该三浮桶海上风电基础结构的结构模型和水动力模型,并在HydroD模块中进行了组合载荷以及运动响应的计算,对其水动力特性进行了分析。在其中的波浪载荷计算过程中,采用基于三维水动力理论的设计波方法。

基于CP结合DE-GWO-SVR的海上风电基础结构损伤识别

结构仅输出的振动信号往往是各种源信号通过复杂规律形成的混合信号,对结构损伤特征提取与数据挖掘造成了很大困难。对此,提出了一种基于盲源分离(BSS)理论的复杂度追踪(CP)算法结合差分进化(DE)改进灰狼(GWO)算法优化的支持向量机(SVR)用于解决复杂结构的模态与损伤识别;CP算法基于信号预测性函数通过使分离信号的时间预测性度量最大化找到其线性混合矩阵,使分离分量具有最小复杂度并据此估计源信号。利用CP算法对结构响应信号进性分离得到信号分布向量(SDV)与分离源信号,通过定义差值曲率分布向量可以对结构损伤位置进行准确定位;对于损伤程度的识别,提出了一种DE改进的GWO对SVR进行优化的算法,即在GWO算法迭代过程中利用差分进化思想引入动态缩放因子以及交叉概率因子提高搜索和收敛速度,扩大种群所搜范围;利用不同工况下CP算法提取的差值曲率分布向量对结构损伤程度进行识别。通过对海上风电基础结构数值模型的分析,结果表明:CP算法对于高阶模态参数识别较fastICA表现出较强的适应性与优越性;同时,DE-GWO能够提高收敛速度,通过SVR算法对损伤的识别结果相比于BP神经网络更加准确。

新型海上风电基础结构空间三维数值模拟研究

[目的]为迎对海上风电快速发展的趋势,亟需开发新型海上风电基础结构形式以满足大水深和深厚软基的设计需求。[方法]结合某海上风电工程基础设计为算例,以PLAXIS 3D大型有限元软件为平台,对一种新型大直径钢圆筒组合导管架风机基础结构进行空间三维弹塑性数值模型分析研究,采用合理可行的本构类型以及简化形式模拟风机基础的整体稳定性,考虑钢圆筒与土体之间的共同作用,分析风机基础的内力与位移;再用ANSYS软件建实体模型计算极限荷载工况下各构件的应力。[结果]研究结果表明:新型组合式风机基础内力和位移均可控,在理论上可适用于软基和深水区海上风电场建设。[结论]分析结果对今后新型海上风电基础结构的开发与研究具有一定的参考意义。

海上风电基础健康监测技术

目前海上风电基础结构监测技术主要基于风机基础结构形变或者力变特性进行超限报警,对风机基础结构病害特征参量的变化的监测和分析还不够。文章分析风机支撑结构的病害早期特征参量的变化情况,提炼出风机监测指标,对海上风电基础健康监测技术进行研究,实现对风机基础病害早期预警和主要病因的监测,为实现预防性维护提供基础支撑。

海上风电基础研究现状

海上风电基础作为海上风机重要组成部分,在不同工况环境条件下受到了波浪、风、地震、冲击等各种动力荷载的交互作用,介绍了不同种类海上风电基础适用条件、研究现状,对风电行业基础的研发和设计提供了理论指导。

海上风电基础波浪爬升预测方法研究综述

为全面了解海上风电基础波浪爬升预测的研究进展,准确把握风电基础波浪爬升预测方法的发展趋势,本文以风电基础波浪爬升的分类标准为出发点,综述了国内外研究者关于目前海上风电基础波浪爬升预测研究中所采用的绕射理论、速度水头理论及机器学习方法3种波浪爬升预测方法,介绍了各种方法的发展历程,并总结了基础周围波浪爬高预测的主要研究趋势。研究结果表明,目前对于单桩基础波浪爬升预测的研究较为成熟,新型风电基础波浪爬升的预测以及波浪爬升预测与工程结构可靠度设计相结合是重要的研究趋势;在采用机器学习方法进行风电基础波浪爬升预测时,较易获取波浪爬升的预测公式,但是所生成公式中相对波高、相对水深、散射参数等输入参数的指数如何与其物理意义相匹配还需进一步研究,且所生成的预测公式中如有分裂值,分裂值处公式的连续性如何保障也需深入探讨。该研究对基础周围波浪爬升高度的准确预测及对风电基础适用水深的确定具有重要意义。

海上风电基础海底电缆动态特性分析

基于中国南海实际的海洋环境条件,对冲刷情况下无海缆保护装置及有海缆保护装置的海底电缆分别进行动态特性分析研究,结果表明:在桩周冲刷导致海缆悬空情况下,无海缆保护装置的海缆最小弯曲半径超过允许值,存在失效风险;有海缆保护装置的海缆,海缆保护装置能够有效地限制海缆的过渡弯曲,使海缆的最小弯曲半径控制在允许的范围内,有效降低海缆失效概率。

海上风电基础锥体结构的抗冰效果分析

目前海洋工程结构中常见的抗冰方式是对结构加装锥体,为了明确该抗冰结构设计的合理性,基于Ansys有限元分析,分别对海上风电基础加装锥体结构前后的抗冰性能做了对比分析,包括极值静冰荷载下结构变形及强度分析、动冰荷载下结构的振动响应及疲劳分析,结果显示该结构形式具有较好的抗冰设计的效果,分析结果对近海冰区环境下工程结构的抗冰设计及性能分析提供合理的参考依据。

海上风电基础防腐蚀设计与应用

海上风电基础钢结构在海洋环境中的腐蚀是影响结构可靠性和使用寿命的重要因素,防腐蚀是海上风电整个生命周期内的重要课题。文章针对海上风电三桩基础,基于海港工程、海洋工程主要的防腐蚀规范,深入研究了常用的预留腐蚀裕量、涂层保护、牺牲阳极保护的联合保护方式,包括腐蚀裕量的计算、涂料的选取、牺牲阳极的选型与所需数量计算等等。

海上风电基础结构研究现状及发展

在社会经济与科技的发展过程中,工农业生产效率提高,人们对能源的需求有所提高,加之环境质量的下降使人们开始重视环境保护工作。电力能源作为可再生能源受到了人们的广泛欢迎,各种热力发电、风力发电建设项目增多。海上风电场也受到了人们的关注。文章通过研究与分析海上风电基础结构的研究现状,探讨了海上风电基础结构的发展趋势,以期促进海上风电设施的更好运行与发展。

PDCA 循环在缩短海上风电工程基础施工工期质量管理中的运用探讨

针对福建长乐某海上风电场项目在深水海域施工难度大、时间长并且工期极为紧张的问题,开展问题解决型 QC 课题研究分析,成果显著。活动过程严格按照 PDCA 循环原则,围绕课题和目标值的实现,找出了影响症结的八个末端因素,通过充分比较分析,确认了两个主要原因。根据两个主要原因认真制定对策,经过精心组织实施后,有效解决了项目中风机基础施工难度大、时间长的问题,达到预定目标,取得显著的经济和社会效益,并对 QC 成果进行标准化工作,推广应用前景广阔。

桩桶复合结构在海上风电工程的应用与创新

桩桶复合基础是一种新型的单桩基础与桶体基础相结合的海上风电基础结构,结合项目对其施工工艺与质量控制进行了研究和应用。单桩基础采用稳桩工艺进行施打,桶型基础结构先通过船吊套装在打设完毕的单桩基础上,通过自重下沉和抽负压下沉到位,采用水下灌浆工艺将单桩基础与桶型基础连接成整体。施工质量的关键是桶体基础安装的方位角和偏斜度控制、桶型基础与单桩基础之间灌浆部位的淤泥清除、桩桶间隙灌浆区的顶封板设计和安装。该施工技术和质量控制方法在浙江台州1号海上风电项目得到了成功应用,其具有施工成本低、效率高的特点。

集成于海上风电钢管桩基础上的升降式网箱结构波浪场特性研究

对安装在海上风电钢管桩基础上的升降式网箱结构的波浪场特性进行研究,掌握升降式网箱结构内部及结构后方水体的运动特征及速度场变化情况。基于OpenFOAM软件包开发了波、流与孔隙介质结构相互作用的数值计算模型,将网箱结构按等效阻力简化为多孔介质结构,开展升降式网箱结构的波浪场特性研究。研究结果表明:网箱结构对流体具有一定的阻流作用,网箱结构内部速度场得到一定程度的减小,网箱结构背浪侧也有一定的速度衰减区域;对比网箱结构顶部不同潜深条件下的网箱结构内部流场特征,网箱结构顶部潜深在1/4D~1/2D(D为水深)范围内网箱结构内部流场速度最小、流场最为稳定、速度分布均匀,网箱结构向浪侧前方和背浪侧后方流场波动较小。所得结论表明在钢管桩基础上安装升降式网箱结构时需要关注的网箱结构对流场特性的影响,充分考虑网箱结构阻力对流速的作用,掌握极端工况下升降式网箱结构保持优良养殖环境需要下潜的高度范围,以保障升降式网箱的安全。

海上风电机组基础浪致疲劳分析

给出了海上风电机组基础波浪荷载导致的疲劳损伤计算方法。基于随机波浪理论,依据海浪谱将随机波浪转换为一系列线性波的组合,由Morison方程计算得到波浪荷载并进行线性化。根据线性波浪荷载作用下结构的动力分析,求得结构响应并计算得到频域范围内的结构应力传递函数。根据海浪谱和应力传递函数,进而得到结构的热点应力谱。由某海域的海况分布,依据Miner线性累计损伤准则,通过假定结构长期热点应力分布为短期Rayleigh分布的组合,计算得到结构在设计周期内的累计疲劳损伤。以某单桩基础为例,验证了计算方法的可行性。计算方法对海上风电机组基础的浪致疲劳设计具有参考价值。

砂土刚度衰减模型在海上风电工程中的应用

海上风电基础的受荷环境复杂,风、浪、流等循环荷载作用下砂土地基会发生软化现象,易造成结构的失稳倾覆,现有通用有限元软件较难直接得到合理的计算结果。砂土刚度衰减模型是分析循环横向承载工况下砂土地基受力变形规律的有效方法,基于ABAQUS计算内核,采用FORTRAN77语言编写了相应程序,建立了大直径单桩基础、负压筒基础以及导管架基础的有限元模型,分析循环承载工况下结构的受力变形规律和材料的刚度发展趋势。结果表明,程序的精确性与通用性均有很好的实用价值,求解的每个增量步能依据积分点的应力状态与循环次数对砂土的刚度进行折减修正,实现了砂土刚度衰减模型在通用有限元软件的内嵌,可为工程设计参考。

波浪作用下海上风电伞式吸力锚基础周围冲刷演变机制

以近海风电伞式吸力锚基础为研究对象,进行室内水槽试验和数值模拟,研究波浪作用下伞式吸力锚基础周围冲刷演变机制,分别基于Raaijmakers和Myrhaug模型,提出随机波浪小Keulegan-Carpenter数(KC)情况下伞式吸力锚基础周围平衡冲刷深度预测模型。结果表明:随机波浪下,波峰时形成的旋涡体系主导冲刷过程,此时基础上游逆压梯度最大,这有利于波浪边界层充分分离,形成马蹄形旋涡,马蹄形旋涡和桩侧流线压缩导致筒裙上游两侧约45°圆心角位置剪切流速最大,筒裙和锚枝的设置保护了该位置床面土体,使得最大冲刷深度位置位于锚枝之间。当KC采用KC_(s,p),且KC_(s,p)<8时,修正Raaijmakers模型预测的平衡冲刷深度Seq′与计算值具有较好的一致性,当KC_(s,p)>8时,预测值与试验值之间的误差变大,修正Raaijmakers模型过分估计了平衡冲刷深度。当KC_(rms),a<4,n=10时,修正Myrhaug平衡冲刷深度预测模型预测效果最好。

大直径海上风电单桩基础水平承载特性研究

以中国近海风机承载力研究为背景,采用理论分析结合数值模拟的研究手段,利用大型通用有限元软件COMSOL,建立了大直径海上风电单桩基础与海床的计算模型,进行了水平荷载作用下大直径海上风电桩基础水平承载力的数值计算,分析了水平荷载、桩径等参数对海上风电单桩基础水平位移和桩身弯矩的影响,研究结果可供类似工程参考。