海上風(fēng)電開發(fā)與建設(shè)方面的探討

孫元同

【摘? 要】作為一種無污染，可持續(xù)供給的綠色能源，風(fēng)力發(fā)電便利了人們的生產(chǎn)生活，對(duì)電力社會(huì)文明的重要作用是不言而喻的。因自身所蘊(yùn)藏的無限能量，海上風(fēng)力發(fā)電越來越受到世界各國的重視。本文著重從我國海上風(fēng)電開發(fā)與建設(shè)方面進(jìn)行相關(guān)探討。

【關(guān)鍵詞】海上風(fēng)電;開發(fā)流程;工程建設(shè)

一、風(fēng)資源評(píng)估及海上風(fēng)電開發(fā)流程

1.1中國海上風(fēng)資源的分布情況

通過統(tǒng)計(jì)我國沿海各省市風(fēng)資源情況得知，山東地區(qū)90米高度年平均風(fēng)速為6.7-7.5m/s，按照IEC等級(jí)分類處于III級(jí)。

1.2海上測(cè)風(fēng)塔選址要求

1） 測(cè)風(fēng)塔安裝點(diǎn)應(yīng)在海上風(fēng)電場范圍內(nèi);2） 測(cè)風(fēng)塔安裝點(diǎn)周圍應(yīng)開闊，應(yīng)遠(yuǎn)離障礙物，距離大于30倍障礙物的高度。3） 單個(gè)風(fēng)電場測(cè)風(fēng)塔不少于1座，具體數(shù)量依據(jù)風(fēng)電場場址形狀和范圍確定。潮間帶及潮下帶灘涂風(fēng)電場的測(cè)風(fēng)塔控制半徑應(yīng)不超過5km，其他海上風(fēng)電場則不超過10km。測(cè)風(fēng)塔布置應(yīng)兼顧平行與垂直海岸線兩個(gè)方向的風(fēng)能資源變化情況。

1.3海上測(cè)風(fēng)方式

1.3.1測(cè)風(fēng)塔測(cè)風(fēng)

測(cè)風(fēng)塔測(cè)風(fēng)方式可靠性高。測(cè)風(fēng)塔測(cè)風(fēng)分為兩類，海上島礁測(cè)風(fēng)塔/灘涂測(cè)風(fēng)塔、海上自立式測(cè)風(fēng)塔。

1.3.2雷達(dá)測(cè)風(fēng)

雷達(dá)測(cè)風(fēng)方式方式是較新的測(cè)風(fēng)方式，目前主要分兩類：分別為激光雷達(dá)、聲雷達(dá)。

雷達(dá)測(cè)風(fēng)方式按平臺(tái)不同，也可以分為兩類。一類為平臺(tái)式，即設(shè)置海上測(cè)風(fēng)平臺(tái)，雷達(dá)測(cè)風(fēng)設(shè)備等置于平臺(tái)上。另一類為浮動(dòng)式，即設(shè)置浮動(dòng)式觀測(cè)平臺(tái)，各設(shè)備置于浮動(dòng)式平臺(tái)上。

1.4海上風(fēng)電開發(fā)流程

適 用? 范 圍：項(xiàng)目前期、項(xiàng)目核準(zhǔn)、工程建設(shè)與運(yùn)行管理

項(xiàng)目核準(zhǔn)部門：地方主管部門（主要指省級(jí)能源主管部門和海洋行政主管部門）

開 發(fā)? 區(qū) 域：“雙十規(guī)定”（離岸10km以上，水深超10m）、連片、規(guī)模化開發(fā)

規(guī)劃 先行原則 ：開發(fā)項(xiàng)目必須在規(guī)劃之內(nèi)

適? 用 項(xiàng) 目：潮間帶、近海、遠(yuǎn)海

資? 源? 開 發(fā)：鼓勵(lì)各省市通過招標(biāo)方式選擇開發(fā)投資企業(yè)

海上風(fēng)電項(xiàng)目開發(fā)流程細(xì)分可分為13個(gè)模塊，分別為：1、風(fēng)能資源評(píng)價(jià)，2、規(guī)劃報(bào)告編制，3、預(yù)可研報(bào)告編制，4、可研報(bào)告的編制，5、項(xiàng)目申請(qǐng)，6、項(xiàng)目核準(zhǔn)，7、投資決策，8、開工決策，9、招標(biāo)采購，10、項(xiàng)目實(shí)施，11、項(xiàng)目驗(yàn)收并轉(zhuǎn)入生產(chǎn)運(yùn)營，12、項(xiàng)目主機(jī)出質(zhì)保的生產(chǎn)運(yùn)營，13、項(xiàng)目技術(shù)改造或退役。

1.5項(xiàng)目所需資料及合規(guī)手續(xù)辦理

海上風(fēng)電項(xiàng)目所需資料共計(jì)約23項(xiàng)，后續(xù)隨著海上風(fēng)電項(xiàng)目所涉及的政府、軍事部門職責(zé)劃分的不同，所需資料有可能增減。具體需辦理的文件名稱及主管位如下。

二、海上風(fēng)電工程建設(shè)

2.1海上風(fēng)電主要施工工序

近海風(fēng)電施工流程較為復(fù)雜，近海風(fēng)電水深大、離岸距離遠(yuǎn)、海上環(huán)境復(fù)雜，工序與設(shè)備要求高，具體分為樁基基礎(chǔ)、風(fēng)機(jī)吊裝、海上升壓站/陸上集控中心建設(shè)、高壓電纜敷設(shè)等環(huán)節(jié)。

2.1.1樁基基礎(chǔ)

海上風(fēng)電基礎(chǔ)型式分為：單樁基礎(chǔ)、高樁承臺(tái)、多樁基礎(chǔ)、導(dǎo)管架基礎(chǔ)、重力式基礎(chǔ)、負(fù)壓筒形基礎(chǔ)、漂浮式基礎(chǔ)。因現(xiàn)在單樁基礎(chǔ)工藝成熟并結(jié)合山東區(qū)域地質(zhì)及水深的特點(diǎn)，最適宜單樁的基礎(chǔ)形式。

2.1.2單樁基礎(chǔ)特點(diǎn)

概況：結(jié)構(gòu)最簡單，應(yīng)用最廣泛，適應(yīng)水深10-40米;

結(jié)構(gòu)：由鋼板卷制而成的焊接鋼管組成;

分類：有過渡段單樁，無過渡段單樁;

優(yōu)勢(shì)：單樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)簡單，施工快捷，造價(jià)相對(duì)較低;

劣勢(shì)：結(jié)構(gòu)剛度小、固有頻率低，受海床沖刷影響較大，且對(duì)施工設(shè)備要求較高。

2.1.3單樁基礎(chǔ)施工主要過程

隨著機(jī)組容量及風(fēng)場海域變化，單樁直徑從5m發(fā)展到現(xiàn)在的8.5m。目前國內(nèi)正在施工的最大單樁重量1800t左右，并有進(jìn)一步發(fā)展的趨勢(shì)。

2.1.4單樁基礎(chǔ)施工意垂直度調(diào)整

鋼樁入泥前，利用經(jīng)緯儀測(cè)量鋼樁的垂直度，并通過導(dǎo)向平臺(tái)抱箍油頂精確調(diào)整鋼樁的垂直度。鋼樁入泥的過程中，每50-100cm暫停下沉，測(cè)量并調(diào)整鋼樁垂直度。

2.2.海上風(fēng)電工程吊裝

海上風(fēng)電機(jī)組主要的吊裝工藝有四種，具體如下：

整體一步式安裝技術(shù)：優(yōu)點(diǎn)，縮短工程建設(shè)工期，工作效率高;缺點(diǎn)，需要大型起重船，起吊能力要求高 ，吊具設(shè)計(jì)復(fù)雜 ，安裝精度高 ，對(duì)港口等組裝場地要求高。

兔耳式安裝技術(shù)：優(yōu)點(diǎn)，吊裝次數(shù)少，吊裝費(fèi)用低，起重機(jī)吊裝能力一般;缺點(diǎn)，要求天氣、風(fēng)速條件高，組裝好的葉片占用港口甲板面積，不適合長途運(yùn)輸 ，高空作業(yè)量大、操作空間少。

三葉式安裝技術(shù)：優(yōu)點(diǎn)，吊裝次數(shù)少，吊裝要求低。缺點(diǎn)，要求天氣、風(fēng)速條件高，組裝好的葉片占用港口甲板面積 ，國內(nèi)三葉式吊裝需要在海上拼裝葉輪，對(duì)于安裝船尺度要求高。

單葉式安裝技術(shù)：優(yōu)點(diǎn)，吊裝次數(shù)少，吊裝要求低。缺點(diǎn)，要求天氣、風(fēng)速條件高 ，組裝好的葉片占用港口甲板面積，國內(nèi)三葉式吊裝需要在海上拼裝葉輪，對(duì)于安裝船尺度要求高。

2.3海上升壓站施工

國內(nèi)大部分海上升壓站基礎(chǔ)采用四樁導(dǎo)管架基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)型式，采用先安裝導(dǎo)管架后插打鋼管樁并灌漿連接的海上升壓站施工工藝。其技術(shù)難點(diǎn)是在有限的空間內(nèi)合理的布置設(shè)備、支吊架、電纜、管系等，建造階段需要采用三維軟件解決碰撞問題。（布置優(yōu)化、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、防火分隔優(yōu)化）采用工廠內(nèi)建造，分層分段安裝焊接;其檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)：《 鋼結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn) 》。

2.4海纜施工過程

2.4.1海纜鋪設(shè)前的準(zhǔn)備工作

海纜鋪設(shè)前，采用先進(jìn)的技術(shù)和設(shè)備，對(duì)海纜鋪設(shè)的線路進(jìn)行實(shí)地勘測(cè)，盡量避開危險(xiǎn)和受限區(qū)域，選擇安全可靠的海纜登陸點(diǎn)和路由，確定經(jīng)濟(jì)合理的海纜鋪設(shè)方案。

2.4.2海纜敷設(shè)方式介紹

（1）沖埋式

利用水槍將高壓水流噴射至海底，當(dāng)水槍沿海纜移動(dòng)時(shí)，海纜由于自重的影響自然沉入泥漿中，隨后泥漿重新固化為泥土。

（2）刀犁式埋設(shè)

用敷纜船用牽引索拖拉埋設(shè)犁（或用水下機(jī)器人），安裝在埋設(shè)犁尾部的刀犁，在海床上掘削出一條溝槽，然后將電纜和中繼器埋入。電纜被放置后同時(shí)利用刀犁把挖出的土回填。

（3）切割式埋設(shè)

在電纜鋪設(shè)前用切割輪、切割鏈或粉碎機(jī)開溝，適用于海底巖石層或不宜沖埋、犁挖的硬土層。

（4）預(yù)挖掘法

在電纜敷設(shè)前，使用挖泥船或其他挖掘設(shè)備（如駁船上搭載挖掘機(jī)）進(jìn)行開溝的方法，待電纜鋪設(shè)于溝槽中使用挖泥船填充溝槽。該方法可通過空氣袋使電纜浮動(dòng)在溝槽上方，或直接在溝槽中敷設(shè)電纜。

2.5海上施工船舶

海上無論是風(fēng)機(jī)還是基礎(chǔ)的安裝都需要有相應(yīng)能力的運(yùn)輸工具將其運(yùn)送到風(fēng)電場址，并配備適合各種安裝方法的起重設(shè)備和定位設(shè)備。因此海上起重船舶的選擇，就顯得尤為重要。

海上風(fēng)電使用的船舶類型主要有：離岸大型雙體起重船、自升式起重平臺(tái)、自航自升式風(fēng)機(jī)安裝船、樁腿固定型風(fēng)機(jī)安裝船、半潛式安裝船等。

三、結(jié)尾

海上風(fēng)電現(xiàn)處于大規(guī)模建設(shè)階段，這個(gè)階段中有許多我們從未知曉的事物，我們只能“摸著石頭過河”，逐步搶占技術(shù)創(chuàng)新與管理創(chuàng)新的制高點(diǎn)，因此要以更大的勇氣、更長遠(yuǎn)的眼光，加強(qiáng)頂層設(shè)計(jì)，加大科技方面的投入，吸收一切先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)、整合社會(huì)資源，促進(jìn)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的持續(xù)健康發(fā)展，讓風(fēng)電這一清潔能源為人類社會(huì)的進(jìn)步作出更多的貢獻(xiàn)！

參考文獻(xiàn)：

[1]楊校生著.風(fēng)力發(fā)電技術(shù)與風(fēng)電場工程【M】.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2012

[2]金風(fēng)科技海上風(fēng)電培訓(xùn)【D】.江蘇：金風(fēng)科技股份有限公司.2019

（作者單位：國家電投山東能源發(fā)展有限公司）