2023年5月8日，海上風(fēng)電船舶前沿技術(shù)研討會在廣東省汕頭市舉行。大會由中國可再生能源學(xué)會風(fēng)能專業(yè)委員會（CWEA）主辦，汕頭市風(fēng)能協(xié)會承辦，中鐵大橋局集團(tuán)有限公司、大金重工股份有限公司協(xié)辦，并得到中交第三航務(wù)工程局有限公司與3M的大力支持。汕頭擁有優(yōu)異的風(fēng)能稟賦、豐富的場址資源、良好的區(qū)位優(yōu)勢，正通過加強(qiáng)產(chǎn)業(yè)協(xié)同，打造汕頭國際風(fēng)電創(chuàng)新港。其中，不僅包括全球首個在一個產(chǎn)業(yè)園區(qū)內(nèi)聚集從風(fēng)電整機(jī)與關(guān)鍵零部件，到檢驗(yàn)檢測實(shí)驗(yàn)室和大型科研裝置等完整產(chǎn)業(yè)鏈的“四個一體化”的風(fēng)電產(chǎn)業(yè)集群，也在建設(shè)面向全球的海上風(fēng)電裝備及服務(wù)出口、運(yùn)維、施工建設(shè)基地的風(fēng)電母港和海工裝備制造產(chǎn)業(yè)園，打造國字號工程施工企業(yè)和船隊(duì)。此次會議在汕頭舉行，引起了全球風(fēng)電行業(yè)的廣泛關(guān)注。來自中國、挪威、荷蘭等國家政府部門代表，以及國內(nèi)外海上風(fēng)電開發(fā)企業(yè)、海上風(fēng)電工程技術(shù)科研機(jī)構(gòu)、海上風(fēng)電施工與運(yùn)維龍頭企業(yè)、船舶設(shè)計與建造企業(yè)的嘉賓參加了此次會議。
中鐵大橋局新能源工程指揮部總工程師、教授級高工孫國光在題為“海上風(fēng)電場施工技術(shù)及安全探討”的演講中表示，海上風(fēng)電施工有著多種特點(diǎn)，要在智能建造、安全監(jiān)控、施工船的安全管理，以及防臺的安全管理上做文章。
中鐵大橋局新能源工程指揮部總工程師、教授級高工孫國光
以下為孫國光演講的主要內(nèi)容：
海上風(fēng)電是我國“十四五”規(guī)劃乃至2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)的重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)，同時也是實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)以及產(chǎn)業(yè)升級的重要手段，尤其在2021年的“搶裝潮”之后，中國的海上風(fēng)電逐步向深遠(yuǎn)海、大容量和基地化的方向發(fā)展。面臨的挑戰(zhàn)和問題這給我們帶來了一些問題和挑戰(zhàn)。
因?yàn)殡x岸距離越來越遠(yuǎn)，自然環(huán)境更加惡劣，施工環(huán)境更加惡劣；基礎(chǔ)以及風(fēng)電機(jī)組容量更加大型化；合適的施工裝備比較緊缺，即便是2021年以來打造了很多裝備，但是這些裝備集中在今年以及明年投產(chǎn)使用；價格成本給各方施工帶來很大的壓力。
針對當(dāng)前海上風(fēng)電場面臨的挑戰(zhàn)和問題，可從以下四個方面考慮：
1，加強(qiáng)產(chǎn)業(yè)融合。產(chǎn)業(yè)和產(chǎn)業(yè)之間可以相互借鑒，比如橋梁和風(fēng)電之間，風(fēng)電和石油之間有一些技術(shù)是相通的，可以發(fā)揮產(chǎn)業(yè)鏈集團(tuán)的優(yōu)勢。
2，從智能化建造上進(jìn)行創(chuàng)新。對基地規(guī)劃進(jìn)行思考，在設(shè)計一體化上、管理產(chǎn)業(yè)化上以及施工智能化運(yùn)維的智慧化上進(jìn)行總體的把控。
3，打造可靠的、適應(yīng)相應(yīng)海域的施工裝備。比如技術(shù)施工船舶，還有適用于深遠(yuǎn)海的風(fēng)電安裝船舶。
4，持續(xù)不斷創(chuàng)新。海上風(fēng)電項(xiàng)目離岸越來越遠(yuǎn)，越來越深，光靠打造船舶不能一勞永逸，還要持續(xù)創(chuàng)新，通過基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式的創(chuàng)新，施工工藝的創(chuàng)新，材料的創(chuàng)新，從整體上解決問題。
深遠(yuǎn)海施工技術(shù)
對于未來的深遠(yuǎn)海施工技術(shù)推廣應(yīng)用，有一些觀點(diǎn)值得思考。在基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)形式上，2021年“搶裝潮”之后，大部分招標(biāo)項(xiàng)目都是單樁基礎(chǔ)，因?yàn)樗慕ㄔO(shè)成本和施工周期相對可控，招標(biāo)建設(shè)的單樁技術(shù)已經(jīng)發(fā)揮到了極致，但是隨著水深來到40米以上，單機(jī)容量來到10兆瓦以上，單樁受到限制，未來深遠(yuǎn)海的基礎(chǔ)還是以導(dǎo)管架基礎(chǔ)主為。
針對嵌巖如何解決，原先大多是大型單樁或者是高樁承臺，但是經(jīng)過實(shí)踐之后，這兩種基礎(chǔ)實(shí)際上在施工過程中不是特別可控，尤其在工期上，所以嵌巖式導(dǎo)管架基礎(chǔ)是未來應(yīng)用的一個趨勢。
針對大容量風(fēng)電機(jī)組的安裝，主要通過打造新一代安裝平臺，加大吊高，加長支腿來解決，施工上考慮標(biāo)準(zhǔn)化的施工，信息化、數(shù)字化以及智能化的建造。實(shí)際上，四樁導(dǎo)管架基礎(chǔ)型式相對比較成熟，下面是四根鋼樁，上面是一個導(dǎo)管架基礎(chǔ)，中間通過灌漿段連接成整體，受力相對比較合理，也比較穩(wěn)固。
施工方式上，現(xiàn)在經(jīng)過幾個風(fēng)電場的大規(guī)模建設(shè)，施工工藝比較成熟，通過導(dǎo)向架的定位進(jìn)行翻樁、插樁，最后進(jìn)行吊打，然后安裝導(dǎo)管架進(jìn)行灌漿連接。在福建、廣州地區(qū)，經(jīng)常會有一些嵌巖基礎(chǔ)施工，原來是應(yīng)用高樁承臺多一些，但通過廣東粵電陽江項(xiàng)目推廣應(yīng)用了嵌巖導(dǎo)管架基礎(chǔ)，效果顯著，質(zhì)量上得到保證，尤其在工期上更為可控。它的基礎(chǔ)型式跟四樁導(dǎo)管架一樣，只是增加了嵌巖樁的施工。整個施工流程比四樁導(dǎo)管架多了一個插拔鋼護(hù)筒過程，有兩種形式，一個是直接芯柱嵌巖；另一個是在工廠內(nèi)進(jìn)行整體的預(yù)制鋼樁，現(xiàn)場進(jìn)行植樁，更為可控，節(jié)省了現(xiàn)場混凝土的施工工序，對施工質(zhì)量、施工工期都有保障。
這種方法在粵電陽江項(xiàng)目上應(yīng)用后，我們認(rèn)為，嵌巖導(dǎo)管架在應(yīng)對嵌巖基礎(chǔ)施工中，值得推廣應(yīng)用。
還有一種基礎(chǔ)型式，是吸力式導(dǎo)管架基礎(chǔ)。2021年以來，這種基礎(chǔ)經(jīng)過幾個風(fēng)電場的應(yīng)用，顯現(xiàn)出一定的優(yōu)勢。因?yàn)榛A(chǔ)的鋼結(jié)構(gòu)制造都是在鋼結(jié)構(gòu)廠進(jìn)行加工完成，現(xiàn)場只需起重船吊裝，通過吸力下沉全部到位。根據(jù)設(shè)計院的不同設(shè)計理念、長徑比的不同分為兩種形式，一種叫窄深型，另一種叫寬淺型，實(shí)際上都是通過這種鋼樁或者鋼筒的形式沉到海床，形成一個密閉空間。
當(dāng)時三峽長樂外海項(xiàng)目，15套吸力式導(dǎo)管架的鋼結(jié)構(gòu)加工都在鋼結(jié)構(gòu)廠完成，通過大型的運(yùn)輸船運(yùn)到現(xiàn)場，15套一共只運(yùn)輸了3次，集中加工，集中現(xiàn)場安裝，施工效率很高。考慮到現(xiàn)在吸力式導(dǎo)管架已經(jīng)做到100米，未來適用于70米水深可能會做到120米，這對吊船的吊高要求會更高。我們正在研究分體制造和分體安裝，現(xiàn)在這個技術(shù)還在研究過程中，如果可行的話，可適應(yīng)的吊裝船會更多。
大型裝備的必要性
2021年“搶裝潮”之前，安裝的風(fēng)電機(jī)組基本上在7兆瓦以內(nèi)，搶裝潮期間批量化安裝了10兆瓦的風(fēng)電機(jī)組，現(xiàn)在基本上都在10兆瓦以上，開始批量化安裝13兆瓦的產(chǎn)品。5月份，我們會安裝第一臺16兆瓦的風(fēng)電機(jī)組。
隨著風(fēng)電機(jī)組容量不斷加大，輪轂中心也上升至150米，這對三種基礎(chǔ)類型的安裝工藝和安裝船舶要求會越來越高。2021年以來建造的新一代風(fēng)電安裝船超過30艘，將集中在今年年底或者明年年初下水施工。
中鐵大橋局也打造了一艘安裝船。從參數(shù)上來看，腿長有131米，適用于70米水深安裝25MW風(fēng)電機(jī)組，在未來的風(fēng)電機(jī)組安裝過程中會起到非常重要的作用。
于此同時，相關(guān)信息顯示，如果水深70米，覆蓋層厚度到40米，那么130米腿長的風(fēng)電安裝船也不能滿足要求，不可能再加長腿長，而再造一批腿長150米的風(fēng)電安裝船，這樣的話又是一種資源浪費(fèi)。
一種創(chuàng)新思路是，使用一種半潛駁來整體安裝風(fēng)電機(jī)組，把構(gòu)件整體運(yùn)到現(xiàn)場，然后在船上拼成整體進(jìn)行安裝。國外有一艘“塞班號”，吊裝能力很大，利用吊裝船的吊高和小水線面的作業(yè)優(yōu)勢進(jìn)行現(xiàn)場的浮態(tài)安裝，這種方式也有可能在深遠(yuǎn)海得到應(yīng)用。
中鐵大橋局的技術(shù)團(tuán)隊(duì)結(jié)合橋梁主塔爬模的一些技術(shù)，思考利用爬升和活動支架的技術(shù)，如果這種安裝方式得到解決，風(fēng)電機(jī)組的輪轂加機(jī)艙可以在平臺面進(jìn)行安裝，然后整體爬升，對吊船的吊高要求大大降低。
針對未來海上風(fēng)電需要的施工裝備，實(shí)際上海上風(fēng)電施工船的需求量很大，主要是基礎(chǔ)施工船舶和風(fēng)電安裝船比較重要，后期也需要運(yùn)維船以及一些輔助船。
目前有幾種類型的基礎(chǔ)施工船舶，其中一種是小水線面的半潛平臺船。這種船有兩臺吊機(jī)，對四樁的管架施工優(yōu)勢比較大，而且受海浪的影響非常小，未來應(yīng)對深遠(yuǎn)海施工比較有利。
第二種是以三峽的“烏東德號”為代表的3000噸到5000噸的基礎(chǔ)施工船舶，全長在180米左右。這種施工船型可能會在未來基礎(chǔ)施工過程中得到廣泛的應(yīng)用。
第三種是固定臂架式吊裝船。這種固定臂的吊船的一大優(yōu)勢是起重的損失非常小，基本與設(shè)定的數(shù)值一致。
綜上所述，海上風(fēng)電施工有著多種特點(diǎn)，管理上需要注意的地方也很多。主要是施工作業(yè)環(huán)境特別惡劣，大型吊裝特別多，施工風(fēng)險特別大，施工船的選擇要配套，要通過選擇合理的施工窗口期進(jìn)行施工，協(xié)調(diào)的難度比較大。針對這些特點(diǎn)，要在智能建造、安全監(jiān)控、施工船的安全管理，以及防臺的安全管理上做文章，結(jié)合智能吊裝、風(fēng)浪流監(jiān)測以及進(jìn)度管理和物資管理打造智能建造的平臺。
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