海上風電基礎結構選型與施工工藝

袁司

摘要： 隨著社會經濟發展，世界上可以利用的能源資源量逐漸變少，人們的研究開始轉向對新型能源的開發利用，風能作為一種可持續的清潔能源，受到很多人的關注，在海上建立風電場避免了對土地資源的占用，而且海上風電資源十分豐富。海上風電技術在我國尚處于研究的階段，很多施工技術還沒有發展成熟，海上風電場的建設需要選擇合適的基礎結構類型，針對施工的環境以及施工的實際情況選擇合適的施工工藝。本文對海上風電的基礎結構類型進行闡述，并對其進行分析，介紹了不同基礎結構的施工工藝，以期望為相關施工建設提供參考。

關鍵詞： 海上風電；基礎結構；選型；施工工藝

能源資源在社會經濟的發展過程中越來越少，但是社會對于能源的需求量越來越高，因此人們開始對風能等能源的開發利用進行研究。風能具有可持續性的特點，而且利用過程中不會對周邊環境造成破壞，在未來的應用前景較高。我國現階段對于能源的需求量極大，建設海上風電場不僅能夠緩解沿海地區用電緊張的情況，還可以使我國環境污染情況得到改善。[1]然而海上風電場相比較陸上風電場，其施工環境較為特殊，因此對于風電設備的基礎結構要求較高，選擇合適的結構和施工工藝，在保證施工質量的基礎下，節省投資成本。

一、海上風電機組基礎結構類型

1、重力式基礎

重力式基礎是依靠自身的重量來對抗海上風浪的荷載，能夠適用在淺海水域，而且對海床的土質要求較高，不可以有淤泥存在。用混凝土來制作大體積沉箱或者基座，使基礎結構能夠穩穩地沉入海底，通常設計的結構體積和重量都非常巨大，因此這些結構大多是在施工地點附近的陸地上來進行制作。[2]結構制作完成后，借助運輸船只將基礎結構運輸到目標的施工地點，安裝過程就較為簡單，相比較來說施工的成本低廉。

2、樁式基礎

樁式基礎可以分為單樁、多樁和導管架式基礎。單樁基礎是目前應用最多的基礎結構，適應性較強，多使用在海水較淺或者中等水深的海域。單樁基礎一般適用在海床較松軟的海域，如果海床土質較為堅硬，則需要鉆孔設備，會使得施工過程的成本投入增大。不過總體來說，單樁基礎的施工建設過程較為便捷，在歐洲等地區十分受歡迎，使用上較為廣泛。導管架式基礎最早是運用在海洋石油鉆井平臺的建設中，其相關施工工藝發展比較成熟，現在這項基礎結構已經開始在海上風電場的建設中推廣應用。導管架式基礎能夠對海浪以及海風產生的荷載有著較好的抵抗力，相比較于其他類型的基礎結構，其穩定強度較高，能夠適用在深海海域的風電場建設中，在施工安裝的過程中，基本上沒有較大的難題，相關的工藝十分成熟，能夠搭載大型的風電機組。[3]不過該基礎結構需要較多的鋼材，而且施工安裝的工期比較長，容易受到天氣等因素的影響，從而使項目施工投資的成本較高。多樁基礎是單樁基礎和導管架式基礎相互結合而產生的，一般情況下，多樁基礎需要三根或者三根以上的鋼管柱來作為支撐，上部和塔筒相互連接，這項技術目前已經在國外投入使用，適用在深海海域，結構十分穩定，施工安裝的過程相比較導管架式基礎要簡單得多，投入的成本較少。

3、吸力筒式基礎

吸力筒式基礎是一種比較新型的基礎結構，可以根據實際的施工情況，來設計筒的數量從而保證基礎結構施工的穩定性。吸力筒式基礎不僅安裝方便，拆除也十分方便，相關部件能夠得到再利用。不過這項基礎結構目前仍處于研究階段，使用過程中是否存在風險尚未確定。

4、漂浮式基礎

漂浮式基礎是利用浮力來對風電機組進行支撐，這項技術可以應用到深海海域的風電場建設中，然而在實際的建設中還存在較多難題，在防止風機結構過度傾斜以及搖晃還需要較多的研究。我國對漂浮式基礎的研究起步較晚，目前還沒有得到實際的應用，不過在未來的發展中具有較高的應用前景和價值。

二、海上風電基礎結構的施工工藝

1、重力式基礎

重力式基礎體積和重量較大，因而在施工海域附近的陸地上進行預制，隨后用運輸船將其運送至目標施工海域，對海床的淤泥進行清除并拋石，對拋石進行分層夯實，確保能夠使基礎在安裝施工中減少壓縮沉降。[4]在結構安裝到指定位置之后，再進行拋石回填，要注意不同方向都要保持均勻，防止使基礎結構出現傾斜。

2、樁式基礎

樁式基礎在施工過程中，需要大型的打樁設備來進行安裝，借助樁錘直接將樁式基礎打入海底土層中即可。如果海底土質較為堅硬，則需要相關的打孔設備先進行打孔，然后再沿孔進行打樁。[5]在實際的安裝施工中，單樁基礎一般情況下樁徑較大，因此對打樁設備的要求比較高，需要較大型的打樁設備，而多樁和導管架式基礎結構則對打樁設備的要求不高，不過需要在水下進行相關結構的焊接工作。

3、吸力筒式基礎

吸力筒式基礎在安裝過程中先是依靠自身的重量沉入水中，然后用泵將筒內海水抽出形成負壓，在負壓的作用下逐漸插入海底土層中，從而固定在海床上，如果要拆除結構，只需要對其進行灌水消除負壓即可。

4、漂浮式基礎

漂浮式基礎則是建造漂浮的基礎平臺，使平臺能夠漂浮在海面上，同時受到的浮力能夠支撐住風電機組設備，再依靠錨泊系統能夠使其固定在某一海域中，確保風機的正常工作運行。

三、結束語

綜上所述，海上風電場的建設是時代發展的必然，海上儲存的風力資源十分豐富，而且風電場沒有噪音的限制，發電的功率較高，能夠有效的緩解沿海地區用電緊張的狀況。海上風電基礎結構類型較多，在施工前，應當對目標施工海域進行充分的勘測，根據實際的施工情況來對相關基礎結構和施工工藝進行選擇，保證施工質量的同時，降低相關的投資成本。

參考文獻

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[4]王春鵬，陳孝安，吳珍.淺析高壓變頻器在火電機組輔機中的應用[J].中國信息化，2016（22）：298-299.

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