風電項目基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)創(chuàng)新和科學化施工探討

郭超 中國鐵建港航局集團有限公司

1.引言

隨著科技進步與社會經(jīng)濟發(fā)展，全世界對環(huán)境保護、能源安全問題高度重視。在中國，風能儲量巨大、分布廣泛、對生態(tài)環(huán)境影響較小，它是能源發(fā)展中極具前景的領(lǐng)域之一。據(jù)估算，全世界風能資源總量約為 1400億千瓦，我國擁有的儲量約13 億千瓦，主要分布在陸地和近海區(qū)域，其中近海區(qū)域儲量約為 10 億千瓦。風電產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有很多優(yōu)勢，比如經(jīng)濟效益、社會效益以及環(huán)境效益。但也存在很多問題，比如風電設(shè)備制造質(zhì)量有待進一步提高、風電產(chǎn)業(yè)鏈整合能力不足等一系列問題。為了更好地利用風力發(fā)電，以及改善海上風力發(fā)電的效果。本文研究了創(chuàng)新的設(shè)施組織以及科學化施工方面，設(shè)計了一款兼顧氣象條件、水文條件、波浪、風資源、地質(zhì)形貌的單樁穩(wěn)樁平臺。該平臺是液壓插銷式自升式平臺，適合不同施工區(qū)域；適合單樁、三樁和四樁導管架穩(wěn)樁施工；適合最大直徑8.5m的鋼管基礎(chǔ)樁。另外該平臺采用六錨定位，通過錨機收放錨鏈，能夠使平臺快速就位。該平臺能在風電項目中優(yōu)化基礎(chǔ)設(shè)施組織并且實施科學化施工，為風電企業(yè)的發(fā)展貢獻一份力量。

2.我國海上風電產(chǎn)業(yè)發(fā)展概況

相比與陸地上風電項目而言，海上風電項目進展較為緩慢。查閱文獻發(fā)現(xiàn)關(guān)于海上風電項目的問題主要體現(xiàn)在三個方面：（1）政策制約方面。海上風電項目相對而言起步較晚，對其的政策扶持方面也相對較少。（2）在海上建立風電項目。海上的風電項目要求要比陸地上風電項目要高。另外相比于國外，國內(nèi)企業(yè)在核心技術(shù)方面掌握不足，所以海上風電項目的發(fā)展容易穩(wěn)定性不強。（3）陸地上風電項目和海上風電項目都面臨著聯(lián)網(wǎng)效率不高的問題。

圖1 單樁穩(wěn)樁平臺的安裝工況

圖2 單樁穩(wěn)樁平臺的作業(yè)工況

3.風電產(chǎn)業(yè)發(fā)展優(yōu)勢與不足

關(guān)于風電項目發(fā)展優(yōu)勢，可以從環(huán)境效益、社會效益和經(jīng)濟效益這三個方面來闡述。（1）環(huán)境效益：風力發(fā)電是一種對環(huán)境影響較小的發(fā)電模式，具有正外部效應。（2）社會效益。據(jù)我國可再生能源研究機構(gòu)發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，從 2020 年一直到 2050年，隨著風電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展人才需求也隨之增加，預計到 2050 年風電市場總就業(yè)人數(shù)將達到47 萬人。（3）經(jīng)濟效益。相比于傳統(tǒng)發(fā)電方式，風電項目優(yōu)勢更為明顯，潛藏著巨大的經(jīng)濟效益。

我國在風電產(chǎn)業(yè)發(fā)展中當然也存在一些問題，例如①成本壁壘。一直以來，風力發(fā)電呈現(xiàn)出成本明顯偏高的特點，這也是阻礙風電技術(shù)推廣應用的主要因素。②人才壁壘。相比于火電水電，我國風電產(chǎn)業(yè)屬于起步階段，因此在人才方面不夠豐富。尤其是風電產(chǎn)業(yè)需要對設(shè)備進行設(shè)計制造等程序，這些都需要各種專業(yè)人才。③技術(shù)壁壘。完整的風電開發(fā)過程主要包括評估風能資源、設(shè)計風電場所、安裝使用風電設(shè)備、運營維護電場的日常。具備成熟經(jīng)驗的開發(fā)隊伍對于風電場的建設(shè)十分重要。

4.創(chuàng)新組織與科學化施工

針對目前我國在風電產(chǎn)業(yè)項目發(fā)展中的一些弊端，如技術(shù)壁壘和成本壁壘，本文提供了風電技術(shù)的創(chuàng)新組織以及一些科學化施工的策略、工藝。

4.1 概述

為了海上風場的打樁作業(yè)，設(shè)計制造了海上風電安裝單樁穩(wěn)樁平臺（以下簡稱單樁穩(wěn)樁平臺）。簡單來說，它就是為鋼管樁下沉的專用導向裝置。對于穩(wěn)樁平臺，它自帶發(fā)電供電系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)，并且可以獨立輔助作業(yè)船舶施工。另外，該平臺具備以下功能：（1）調(diào)節(jié)工程樁的沉樁作業(yè)以及樁身垂直度；（2）滿足受海洋風、浪、流影響的施工需求。其主要結(jié)構(gòu)為Q355B型材料，附屬結(jié)構(gòu)為Q235B型材料。其安裝概況如圖1所示。圖2是兩種作業(yè)工況，如圖2所示。

4.2 設(shè)計依據(jù)

單樁穩(wěn)樁平臺主要參考的是《海港水文規(guī)范》《港口工程荷載規(guī)范》《船舶與海上設(shè)施起重設(shè)備規(guī)范》《材料與焊接規(guī)范》《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》以及《起重機設(shè)計規(guī)范》。其適應的作業(yè)環(huán)境要求為：在作業(yè)時水深為20～40m，水流速度要不大于2m/s，風速不大于20m/s。另外在非工作時，水流速度要不大于5m/s，承受的最大風速為55m/s。對于打樁導向能力而言，其直徑為6.0m～8.5m，水平調(diào)整能力為±0.5m（專指油缸伸縮方向），糾編能力 200t（單油缸作用力）。

表1 涂裝要求

4.3 主要部件

單樁穩(wěn)樁平臺的主要部件包含穩(wěn)樁平臺結(jié)構(gòu)、油缸導向裝置、定位樁、平臺掛索、扶梯平臺、液壓系統(tǒng)以及電氣系統(tǒng)等。（1）對于單樁穩(wěn)樁平臺結(jié)構(gòu)，上部是導向架結(jié)構(gòu)，主體是一個24m×23m×12m的空間立方體桁架結(jié)構(gòu)。下部是立柱結(jié)構(gòu)，是鋼管焊接的桁架結(jié)構(gòu)。最后在平面下層鋪設(shè)防沉板以保證穩(wěn)樁平臺結(jié)構(gòu)整體放入海底后的穩(wěn)定。（2）對于油缸導向裝置一共有8套，在平臺的上下兩層各布置4套。其中的4件油缸行程為2m，另外的4件油缸行程是1m。（3）另外，油缸導向裝置與底座通過螺栓連接，底座螺栓孔預留孔位，用于油缸導向裝置的移位安裝。油缸導向裝置通過放置于下部平臺上的液壓站提供動力和控制作業(yè)。同層的4套抱樁油缸即可同步動作也可單獨動作，開閉油缸和插拔銷油缸均為單獨動作，無聯(lián)動作業(yè)工況，高低位抱樁器配備視頻監(jiān)控設(shè)施。（4）對于定位樁，它是一種鋼板卷制的焊管。其中直徑為2.5m，主要材質(zhì)為Q355B。為了保障施工人員的安全，需要安裝輔助設(shè)施，在下部平臺及上層抱箍四周設(shè)置欄桿。（5）對于電氣及液壓這種控制系統(tǒng)，將臨時樁頂部和穩(wěn)樁平臺采用掛索的裝置進行連接。對于電腦操作的操控臺、配備高清顯示屏幕，各類打樁作業(yè)數(shù)據(jù)、監(jiān)控畫面實時顯示，打樁作業(yè)時，在操控臺顯示器上可看到鋼管樁傾斜儀傳感器顯示的數(shù)據(jù)、可顯示抱箍油缸位移傳感器的位移數(shù)據(jù)，可看到打樁作業(yè)高低位抱樁器視頻監(jiān)控畫面。

4.4 防腐

對于穩(wěn)樁平臺結(jié)構(gòu)，在運行中需要考慮防腐的問題。要求所有鋼管兩端必須嚴格焊接密封。在封閉箱梁內(nèi)部，要在封閉前涂裝環(huán)氧富鋅防銹底漆兩道，并且要求厚度不得小于 70 μm。對于鋼結(jié)構(gòu)的外表面，需按表1所示體系涂裝。

5.小結(jié)

風電產(chǎn)業(yè)作為全球最為熱門的可再生清潔能源發(fā)電產(chǎn)業(yè)之一，它對國家的經(jīng)濟發(fā)展和社會進步都具有舉足輕重的地位。通過加大基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)力度，強化政策對風電產(chǎn)業(yè)的支持力度，整合風電產(chǎn)業(yè)鏈，來促進風電產(chǎn)業(yè)的自主創(chuàng)新，提升風電產(chǎn)業(yè)的自身運營管理水平。嚴格把控風電項目的工程質(zhì)量，動態(tài)管理風電工程的施工情況，在經(jīng)濟收益不斷提高的基礎(chǔ)上，獲得生態(tài)效益，讓風電工程項目成為高效、質(zhì)量好并且可以有序管理的國家重點工程。單樁穩(wěn)樁平臺的使用為海上打樁施工提供了可靠的技術(shù)支持，在保證施工安全的前提下，提高了打樁的經(jīng)濟效益，為發(fā)展風電產(chǎn)業(yè)做出一定的貢獻。