分析作業(yè)窗口期對(duì)海上風(fēng)電施工的重要性

楊光

摘 要：風(fēng)能作為一種可再生的清潔性能源，已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用到了各個(gè)領(lǐng)域中，這也就標(biāo)志著海上風(fēng)電已經(jīng)成為了全球范圍內(nèi)可再生能源的主要研究方向，目前，我國(guó)也已經(jīng)開(kāi)始了持續(xù)化、大規(guī)模的海上風(fēng)電項(xiàng)目研究?；诖耍疚闹饕獙?duì)于海上風(fēng)電施工窗口期對(duì)施工的重要性進(jìn)行研究。

關(guān)鍵詞：海上;風(fēng)電施工;窗口期;重要性

中圖分類號(hào)：TM614 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

前言：

在海上進(jìn)行風(fēng)電施工，往往會(huì)受到海洋氣候的影響，所以，在施工過(guò)程中，應(yīng)該合理的利用窗口期，提高施工效率，降低施工風(fēng)險(xiǎn)，節(jié)約施工成本。在海上風(fēng)電施工中，主要包括風(fēng)機(jī)安裝施工、風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)施工、海上升壓站施工以及海纜敷設(shè)施工等，因?yàn)槊恳豁?xiàng)施工的具體內(nèi)容不同，不同的施工船舶的耐波性、穩(wěn)定性以及浮性也有所差異，所以，必須要重點(diǎn)關(guān)注海上風(fēng)電施工窗口期的重要性，確保海上風(fēng)電施工能夠順利開(kāi)展。

1.某海上風(fēng)電場(chǎng)實(shí)例分析

某海上風(fēng)電場(chǎng)距離海岸線的距離為12km，總共用海面積為53km2，且水深范圍在8-15m之間。結(jié)合實(shí)際情況，風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)擬在規(guī)定區(qū)域內(nèi)安裝47臺(tái)單機(jī)容量為6.45MW的機(jī)組，所有所有機(jī)組均采用大直徑單樁作為風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)，裝機(jī)總?cè)萘繛?00MW。

2.海洋水文氣象

2.1風(fēng)況

結(jié)合實(shí)際情況，每10min收集一次海域測(cè)風(fēng)塔范圍內(nèi)的風(fēng)況，共計(jì)收集時(shí)間為1年，并對(duì)過(guò)去一年的原始資料進(jìn)行研究與分析。經(jīng)過(guò)資料結(jié)果表明，測(cè)風(fēng)塔在測(cè)風(fēng)年時(shí)，發(fā)生的變化比較大，且在10月份到翌年4月期間的風(fēng)速比較大，在5-9月份的風(fēng)速則比較小。將90m的高度作為例子，一年內(nèi)每個(gè)月的風(fēng)速變化范圍大約在5.36-9.14m/s，且風(fēng)功率的密度大約在137-834W/m2。在整個(gè)觀測(cè)年份中，10月份內(nèi)的平均風(fēng)速最大，對(duì)比年平均風(fēng)速，該月的平均風(fēng)速大約可達(dá)到其1.25倍;另外，9月份的月平均風(fēng)速最小，其能夠達(dá)到年平均風(fēng)速的0.64倍左右。

2.2波浪

該風(fēng)電場(chǎng)位于海域面開(kāi)闊的區(qū)域，整年下來(lái)海面波浪均以風(fēng)浪為主，計(jì)算年平均風(fēng)浪，其頻率大約可達(dá)到90%，同時(shí)，該風(fēng)電場(chǎng)也會(huì)在一定程度上受到季風(fēng)氣候的影響[1]，大多數(shù)情況下，風(fēng)浪為ENE向與E向，其具體頻率分別是22%、17%。在5月份與8月份時(shí)，風(fēng)浪大多數(shù)為SE向，而在10月份至翌年3月則多為ENE向，4月份和9月份則是E向，同時(shí)受到熱帶風(fēng)暴帶來(lái)的影響，很有可能出現(xiàn)巨大的波浪。

2.3臺(tái)風(fēng)

該地區(qū)位于南海的西北部與西北太平洋地區(qū)，這也就說(shuō)明該地區(qū)會(huì)受到嚴(yán)重的熱帶氣旋影響，根據(jù)相關(guān)的資料表明，該地區(qū)在近20年期間，共計(jì)遭受22起嚴(yán)重臺(tái)風(fēng)影響，同時(shí)會(huì)伴隨出現(xiàn)嚴(yán)重的狂風(fēng)暴雨襲擊，甚至還會(huì)引發(fā)風(fēng)暴潮增水，從而為該地區(qū)帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)和該地區(qū)內(nèi)人民的正常生活帶來(lái)嚴(yán)重的影響。按照不完全統(tǒng)計(jì)，每年平均會(huì)有3.7個(gè)左右的臺(tái)風(fēng)或者熱帶風(fēng)暴對(duì)該區(qū)域產(chǎn)生影響。

2.4海流

根據(jù)可研報(bào)告，該工程區(qū)域內(nèi)，全潮的平均流速多數(shù)在0.5-0.8m/s之間，同時(shí)最大的流速基本集中在0.8-1.2m/s之間。

2.5暴雨

平均計(jì)算，該地區(qū)內(nèi)，每年的日均降水量高于50mm的暴雨天數(shù)平均有8d，日均降水量均高于25mm的暴雨日數(shù)平均有19d。

2.6霧天

根據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，該地區(qū)內(nèi)，霧日天氣比較多，平均計(jì)算，每個(gè)月都會(huì)出現(xiàn)輕霧現(xiàn)象，計(jì)算全年平均霧日天數(shù)，大約為118d，在這其中，濃霧天氣約為20d，輕霧天氣大約為98d。同時(shí)，該地區(qū)內(nèi)，12月至次年4月期間為該地區(qū)的霧季，其中3月份的霧天最多，濃霧天氣大約有7d，輕霧天氣大約有16d。

3.窗口期施工的相關(guān)要求

3.1海上升壓站基礎(chǔ)和單樁基礎(chǔ)

首先，要求單樁基礎(chǔ)的運(yùn)輸時(shí)間為6-9d，如果在實(shí)際運(yùn)輸?shù)倪^(guò)程中，遇到暴雨、臺(tái)風(fēng)、海霧等惡劣類型的天氣，則需要進(jìn)入港口內(nèi)避險(xiǎn)，在這時(shí)，整個(gè)運(yùn)輸時(shí)間就會(huì)延長(zhǎng)，通常情況下會(huì)延長(zhǎng)3d左右，整體運(yùn)輸時(shí)間為12d。

其次，在進(jìn)行單樁沉樁的施工時(shí)，如果需要進(jìn)行船機(jī)浮態(tài)施工，則必須要確保浪高的高度低于1.5m，同時(shí)，風(fēng)速也不能大于5級(jí)，只有在這樣的情況下才能夠進(jìn)行施工，從定位船機(jī)開(kāi)始[2]，直到單樁沉樁結(jié)束時(shí)，總共的時(shí)間大約在3d左右。如果海平面的狀況在連續(xù)4d時(shí)間內(nèi)都無(wú)法為施工的順利性提供保障，換而言之，就是海域狀況無(wú)法確保船機(jī)浮態(tài)的施工，則可以在風(fēng)速滿足施工要求的基礎(chǔ)上，使用坐底施工的方法進(jìn)行施工，其坐底所需要消耗的時(shí)間大約為1d，單根樁沉樁則一共需要4d的時(shí)間。

最后，在進(jìn)行海上升壓站施工時(shí)，為了能夠使運(yùn)輸船可以順利的靠駁起重船，則必須要確保浪高高于1.5m，且風(fēng)速不能大于5級(jí)。同時(shí)，基礎(chǔ)導(dǎo)管架定位對(duì)精準(zhǔn)度方面也有非常高的要求，這樣就要求在短時(shí)間內(nèi)，確保浪高低于0.8m，只有在此基礎(chǔ)上才能夠進(jìn)行施工。整個(gè)導(dǎo)管架定位的時(shí)間共計(jì)為1d，完成此項(xiàng)操作，需要對(duì)四根鋼管樁進(jìn)行插打，在這時(shí)，對(duì)浪高的要求也可有所降低，使其能夠在2.0m左右即可，但是在這過(guò)程中，也必須要確保風(fēng)速不得超過(guò)5級(jí)，沉樁施工的總共時(shí)間大約為5d。

3.2風(fēng)電機(jī)組的安裝

對(duì)于風(fēng)電機(jī)組的安裝來(lái)說(shuō)，其共計(jì)分為三個(gè)步驟，首先，在安裝葉輪與塔筒時(shí)，其安裝過(guò)程會(huì)與風(fēng)機(jī)各個(gè)部件運(yùn)輸船的靠駁相聯(lián)系，這也就要求浪高不得高于1.5m。具體工序?qū)︼L(fēng)速的要求如下：塔筒吊裝施工時(shí)，需要風(fēng)速不得高于10m/s;機(jī)艙輪轂組合體吊裝施工時(shí)，要求風(fēng)速不得高于10m/s;葉片吊裝時(shí)，要求風(fēng)速不得高于8m/s;通常情況下，在實(shí)際施工時(shí)，大容量機(jī)組一般采用將機(jī)艙與輪轂進(jìn)行組裝吊裝后再進(jìn)行單支葉片的吊裝。其次，在進(jìn)行塔筒吊裝施工時(shí)，共計(jì)將塔筒分為四段，一般情況下，進(jìn)行塔筒吊裝所需要消耗的施工時(shí)間約為1d，同時(shí)，機(jī)艙輪轂組合體吊裝所需要消耗的時(shí)間也為1d，而葉片吊裝的時(shí)間則是1.5d。最后需注意，在塔筒吊裝期間，對(duì)于前三節(jié)塔筒，應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)靥鞖獾膶?shí)際情況進(jìn)行間斷性的施工，但是，第四節(jié)塔筒與機(jī)艙則需要進(jìn)行連續(xù)施工，不能間斷。在完成機(jī)艙的安裝后，吊裝葉片時(shí)，可結(jié)合天氣情況進(jìn)行吊裝，該項(xiàng)施工工序可以采用間斷性施工的方法進(jìn)行施工。

3.3海纜敷設(shè)施工

在進(jìn)行海纜敷設(shè)施工時(shí)，如果當(dāng)時(shí)海域的狀況無(wú)法滿足連續(xù)施工作業(yè)的要求，則船舶應(yīng)就地錨泊，需要注意的是，在整個(gè)施工過(guò)程中，必須要避免暴雨、臺(tái)風(fēng)、涌浪等惡劣天氣帶來(lái)的影響。通常情況下，220kv的海纜敷設(shè)的時(shí)間大約為7d，35kv進(jìn)行分段，每段所需要消耗的時(shí)間大約為1-2d，且每條支路的耗時(shí)大約為7d，切忌連續(xù)施工作業(yè)。

4.分析施工過(guò)程中各個(gè)施工環(huán)節(jié)的窗口期

結(jié)合歷史數(shù)據(jù)、經(jīng)驗(yàn)以及觀測(cè)結(jié)果對(duì)可以利用的海上窗口期的界定進(jìn)行分析，具體如下：海上升壓站基礎(chǔ)和風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)：連續(xù)4d或4d以上風(fēng)速低于5級(jí)，且海浪的高度低于1.5m;安裝塔筒：連續(xù)2d或2d以上風(fēng)速低于5級(jí)以，且海浪的高度低于1.5m;安裝葉片：連續(xù)2d或2d以上風(fēng)速低于4級(jí)，且海浪的高度低于1.5m;海纜敷設(shè)施工：風(fēng)速低于5級(jí)、海浪高度低于1.5m，同時(shí)海上能見(jiàn)度高于1000m。為了能夠確保施工順利開(kāi)展與完成，必須要重視窗口期分析的重要性，及時(shí)做好各項(xiàng)施工前準(zhǔn)備，協(xié)調(diào)好各項(xiàng)物資與設(shè)備，合理的利用窗口期，從而降低施工風(fēng)險(xiǎn)，節(jié)約成本與施工時(shí)間，提高施工的經(jīng)濟(jì)效益。

結(jié)束語(yǔ)：

綜上所述，在進(jìn)行海上風(fēng)電施工時(shí)，必須要全面的收集相關(guān)的海洋氣候、環(huán)境等信息，掌握海洋氣候、環(huán)境的變化規(guī)律，合理的利用窗口期，以此實(shí)現(xiàn)提高施工質(zhì)量與施工效率的目的。

參考文獻(xiàn)

[1]孫緒廷，楊丹良，馬純杰.海上風(fēng)電基礎(chǔ)研究現(xiàn)狀與可持續(xù)發(fā)展分析[J].山西建筑，2019，45（18）：64-65.

[2]金偉.海上風(fēng)電項(xiàng)目建設(shè)對(duì)通航安全的影響及解決措施[J].珠江水運(yùn)，2019（15）：27-28.