[发明专利]一种适用于中近海域的浅吃水Spar基础

说明书

本发明公开了一种适用于中近海域的浅吃水Spar基础，涉及船舶与海洋工程领域，由3段立柱组成，整体型式为三台阶式、漂浮式Spar基础，包括上段立柱、中段立柱和下段立柱，所述上段立柱半径最小，所述中段立柱半径次之，所述下段立柱半径最大；所述3段立柱上下排列，中心线在同一竖直线上。本发明在船坞内建造，建造完成后吊装安装风电机组，能满足采用拖轮进行整体浮拖安装要求，无需目前海上风机安装所需的大型吊装船舶，节约了施工建造成本，避免了固定式风机随水深增加成本增加的弊端，经济实用，能够满足5MW风力发电机正常工作的要求。

技术领域

本发明涉及船舶与海洋工程领域，尤其涉及一种适用于中近海域的浅吃水Spar基础。

背景技术

与陆地风电场建设相比，海上风电场要面对风浪流等多重载荷的考验，环境条件更加复杂，技术开发难度更大，面临需对新的挑战。目前，潮间带、潮下带滩涂风电场及近海风电场，这些水深不超过50米的海上风电场通常采用固定式基础结构形式，主要包括重力式基础、单桩或多桩基础等。

2011年，国家能源局与国家海洋局联合制定并出台了《海上风电开发建设管理暂行办法实施细则》，根据该细则，海上风电场原则上应在离岸距离不少于10公里、滩涂宽度超过10公里时海域水深不得少于10米的海域布局，可见，未来海上风电发展方向是远离岸边的深海发展。在远离大陆的深海区域，可开发利用的风资源更多更优质，市场前景也更广阔。要开发这些水深超过50米的风电场，按照目前近海风电场普遍采用的各种贯穿桩结构固定在海底的做法将不具备优势，主要表现在：

1、采用固定式基础的近海风机选址受限制。由于沿海功能区规划密集，海上风电场选址往往跟渔业、军管区、环境保护区、港航通道冲突，这给近海风电场选址带来了很大的困难。而深海风电场选址由于离岸距离相对较远，可以有效避开这些功能区，风电场选址自由度更大。

2、随着水深的增加，固定式基础的成本直线上升。随着海域深度的增加，固定式基础的用钢量及建造和安装成本会成比例地增加，其综合成本将明显高于漂浮式风力发电机。已知传统的固定式基础的建造和安装成本与水深成正比，而漂浮式基础的建造和安装成本对水深不敏感。固定式基础和漂浮式基础两者的成本分水岭在50米水深左右，如果水深大于50米，则固定式基础的造价将大大高于漂浮式基础的造价。

3、固定式海上风机施工成本比漂浮式海上风机施工成本高。要降低海上风电开发成本，需要考虑两个非常关键的因素。一个是慎用大型浮吊或者其他大型安装设备，另一个是尽量杜绝大部件的更换。减少使用大型浮吊是因为大型浮吊的使用成本相当高，一个海上风电场如果使用浮吊船过于频繁，则会造成整个风电场建造成本大幅增加；而大部件的更换，一是需要大型施工船舶，另外停机更换大部件也会影响发电收益。采用传统固定式基础的风机很难规避这两个问题，这两个问题也是近海风电场开发成本居高不下的重要原因。而采用漂浮式基础可以很好地解决这两个问题。漂浮式风机的安装方法与传统固定式风机的安装方法完全不同。首先可以在港口或者船坞内将基础建造好，再将其与风机整体拼装好，然后整体通过拖船拖至目标海域抛锚定位。整个施工过程不需要任何大型船舶，大大降低了施工成本。另外，遇到大部件的更换，也可以收缆拖至船坞内检修，运行维护成本相对于固定式风机也会大大降低。

基于以上因素，需要研发一种经济实用的漂浮式风机，以克服在海床底部安装基础结构造价受水深影响的缺点，使海上风电场的建设可以向更深海域发展，充分利用我国广阔的海洋风能资源。而现在存在中近海域的风力场如何有效利用的问题：水深小于50米的近海区域，采用重力式基础和单、多桩基础是便于施工和经济的，在水深超过100米的海域采用漂浮式基础，例如半潜式，Spar式，张力腿式都是相比于固定式更经济，适用于深海海况。而在中近海域，50至100米的风力场没有一种公认的较好的基础应用于此。因此，本领域的技术人员致力于开发一种适用于100-200米中近海域能提供风力发电机正常运作需要的浮性与稳性的漂浮式风力发电机基础。

发明内容