海上風(fēng)電工程勘探方法選擇

郭海峰 王晨 尚曉 常雷

摘要：隨著人們對(duì)能源的需求日益增長(zhǎng)，當(dāng)前煤炭等傳統(tǒng)能源已經(jīng)不能有效地滿足人們的需求，基于環(huán)保可持續(xù)發(fā)展的理念，人們?cè)絹?lái)越多地注重開發(fā)新能源。應(yīng)當(dāng)看到，海洋中各類能源豐富，如果能夠充分地利用海上風(fēng)力進(jìn)行發(fā)電，那么將為人們的能源需求提供有效的保障。海上風(fēng)電的開發(fā)關(guān)鍵在于有效地做好勘探工作，由于我國(guó)當(dāng)前對(duì)于海上風(fēng)電的研究還在初級(jí)階段，因此對(duì)于海上風(fēng)電的勘探還處于摸索階段，因此要加大相關(guān)的研究，選擇好勘探方法，推動(dòng)我國(guó)海上風(fēng)電事業(yè)不斷發(fā)展。

關(guān)鍵詞：海上風(fēng)電;工程勘探;方法;選擇

海洋上風(fēng)力很大，如果能夠?qū)L(fēng)力有效地轉(zhuǎn)化為電能，將為人們提供足夠的能源保障。海上風(fēng)電是一種可持續(xù)的清潔能源，應(yīng)用前景廣泛，值得重視。我國(guó)對(duì)于海上風(fēng)電的開發(fā)越來(lái)越多，但目前海上風(fēng)電大部分的研究還是在近海領(lǐng)域。近海領(lǐng)域也是有海水覆蓋的，海中的情況復(fù)雜，因此，必須要進(jìn)行充分的勘探，了解建設(shè)環(huán)境從而采取有針對(duì)性的措施安裝海上風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，確保風(fēng)電機(jī)組等設(shè)備高效率的開展工作。海上風(fēng)電是一種新的能源開發(fā)利用方式，是今后我們加強(qiáng)能源開發(fā)的主要研究方向?？梢哉f(shuō)，勘探方法的選擇決定著整個(gè)海上風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的質(zhì)量和效率。

1海上風(fēng)電勘探方法概論

海上風(fēng)電勘探的方法有很多，但是應(yīng)當(dāng)看到海上勘探風(fēng)險(xiǎn)多，環(huán)境惡劣，條件復(fù)雜多變。因此要深化研究，采取最好的方式，充分地結(jié)合海上勘探環(huán)境，借助于現(xiàn)在的先進(jìn)技術(shù)，有效地選擇合適的勘探方法，確保勘察結(jié)果準(zhǔn)確可靠。海上勘探工程劃分為不同的階段，要圍繞不同階段有針對(duì)性地選擇不同的勘探方法。要認(rèn)真的探討工程各階段，深入的研究，根據(jù)相關(guān)的因素，選擇出合適的海上風(fēng)電勘探方法，對(duì)此，我們做出以下建議：

1.1勘探階段的合理劃分

風(fēng)電工程是一項(xiàng)系統(tǒng)的工程，施工涉及階段比較多。當(dāng)前，我們把海上風(fēng)電開發(fā)有效地劃分為規(guī)劃、可行性研究，施工設(shè)計(jì)幾個(gè)階段，在不同的階段分別承擔(dān)著不同的任務(wù)。在每個(gè)階段勘探的過(guò)程中，要立足于精益求精，結(jié)合實(shí)際，突出重點(diǎn)的原則，確保每個(gè)階段勘探結(jié)果能夠有效的滿足工作需求。

1.2覆蓋層的有效區(qū)分對(duì)待

進(jìn)行海上風(fēng)電勘探的主要目的在于弄清楚以后將要安裝的機(jī)組與地區(qū)巖土性質(zhì)之間的關(guān)系，發(fā)電機(jī)組所處的覆蓋基層是勘探的主要對(duì)象，同時(shí)也是下一步要進(jìn)行針對(duì)性的勘探目標(biāo)，要充分的查明風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)所能涉及影響的范圍，以及因海域不同二造成的基巖厚度不同、覆蓋層厚度存在的區(qū)別?；诖耍槍?duì)不同覆蓋層勘探方法的選擇也會(huì)受到影響。因此，在海上風(fēng)電勘探過(guò)程中，我們要根據(jù)基礎(chǔ)的影響范圍以及基層的覆蓋厚度來(lái)選擇不同的勘探方法。

2做好海上風(fēng)電勘探平臺(tái)的選擇

海上風(fēng)力發(fā)電的勘探區(qū)域遠(yuǎn)離陸地，需要在海上進(jìn)行，因此要借助于輔助平臺(tái)進(jìn)行勘探。當(dāng)前海上風(fēng)電的選擇位置多集中在風(fēng)力豐富的海域，這些地方情況較為復(fù)雜，風(fēng)大、浪高，環(huán)境惡劣。該種環(huán)境對(duì)于勘探工作來(lái)說(shuō)是一項(xiàng)挑戰(zhàn)，需要在最短的時(shí)間內(nèi)盡快地勘探清楚情況?；诖耍x擇合適的勘探平臺(tái)，從而確保勘探工作有序高效的開展。當(dāng)前，我們?cè)诤Ｉ巷L(fēng)電勘探中所選用的平臺(tái)主要有兩種。一種是移動(dòng)的漂浮式平臺(tái)，一種是便于固定的固定式平臺(tái)。

2.1漂浮移動(dòng)式平臺(tái)

在水深地區(qū)適用范圍廣，多采用船載式平臺(tái)。船載式平臺(tái)，它具有較好的靈活性，適用于水深的地區(qū)。目前，我國(guó)在此領(lǐng)域的平臺(tái)已達(dá)到了50米深，這種方式操作靈活、進(jìn)出方便，同時(shí)航行速度較快，特別適合于當(dāng)前的海上勘探。同時(shí)在具體的海上風(fēng)電勘探時(shí)，要結(jié)合實(shí)際需求，根據(jù)不同位置選擇不同的船舶。通過(guò)船錨的定位，從而達(dá)到精準(zhǔn)的定位，確?？碧近c(diǎn)誤差控制在兩米左右。這種平臺(tái)缺點(diǎn)也是顯而易見，工作周期短，而且對(duì)于惡劣的海洋環(huán)境適應(yīng)性較差，容易受到海洋潮汐的影響，導(dǎo)致勘探過(guò)程中取芯率精度不高，對(duì)于土層的擾動(dòng)大，進(jìn)一步影響到勘探測(cè)試的精準(zhǔn)性，對(duì)于勘探的質(zhì)量無(wú)法保障。

2.2位置固定的平臺(tái)

在水深較深的區(qū)域，多采用可以固定位置的升降式平臺(tái)，這是當(dāng)前海上風(fēng)電勘探所采用的主要平臺(tái)。升降平臺(tái)的優(yōu)點(diǎn)明顯，勘探平面固定，不受海洋潮流的影響，能夠在原位測(cè)試時(shí)保證精度和準(zhǔn)度，同時(shí)在勘探的過(guò)程中對(duì)土層也不會(huì)產(chǎn)生擾動(dòng)且取芯率較高，這些都保證了勘探工作的精準(zhǔn)度和質(zhì)量，。我國(guó)當(dāng)前在海上風(fēng)電勘探過(guò)程中，已經(jīng)通過(guò)升降車平臺(tái)取得了較好的勘探效果，能較好的進(jìn)行靜力觸探，進(jìn)而保證了巖土測(cè)試能夠在原位置實(shí)現(xiàn)，原位參數(shù)有保障，滿足了設(shè)計(jì)的需求。不足之處在于其只能夠在較淺的水域進(jìn)行，在50米以上的水深無(wú)法使用，而且該平臺(tái)需要通過(guò)拖船托運(yùn)到達(dá)指定的測(cè)試地點(diǎn)、勘探地點(diǎn)，因此施工速度較慢，當(dāng)前我國(guó)對(duì)于升降式平臺(tái)的應(yīng)用比較少，還沒(méi)有有效的滿足海上風(fēng)電勘探的需求。

3勘探方法的選擇

海上風(fēng)電勘探的選擇要立足于海上電風(fēng)電勘探各個(gè)階段的不同特點(diǎn)，采取不同的方法，保證針對(duì)性和精準(zhǔn)性，從而不斷提升效果和效率。

3.1海上風(fēng)電建設(shè)規(guī)劃階段的勘探方法的選擇

這個(gè)階段勘探的主要目的在于獲取需要勘探的地域的土質(zhì)情況，進(jìn)而有效的分析地質(zhì)條件，獲取充足的工程資料，特別是要充分地了解海上風(fēng)電機(jī)組施工位置的土質(zhì)情況和海域資料，比如地震發(fā)生概率等情況。要明確地質(zhì)條件以及影響工程地質(zhì)的問(wèn)題，從而對(duì)在此海域進(jìn)行海上風(fēng)電建設(shè)是否可行、是否滿足相關(guān)的條件作出有效的決策。

3.2海上風(fēng)電建設(shè)可行性研究階段的勘探方法

這個(gè)階段的主要目的是在前期掌握的資料基礎(chǔ)上，深入的了解地質(zhì)情況，作出真實(shí)評(píng)價(jià)，從而為下一步布置風(fēng)電機(jī)組提供詳細(xì)的地質(zhì)資料。在這一階段，要對(duì)區(qū)域內(nèi)的地震參數(shù)進(jìn)行明確復(fù)核，同時(shí)對(duì)該區(qū)域的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)做到有效地補(bǔ)充和完善。此外，要徹底查明地質(zhì)問(wèn)題，有效地評(píng)價(jià)影響風(fēng)電機(jī)組的地質(zhì)問(wèn)題，也要對(duì)地層的組成、巖體分布做到有效的明確，這樣為下一步進(jìn)行詳細(xì)勘探提供相關(guān)的指導(dǎo)和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。特別是要重點(diǎn)的做到對(duì)施工場(chǎng)區(qū)進(jìn)行有針對(duì)性的勘探?？碧揭造o力觸探為主，同時(shí)要有效的結(jié)合其他原位測(cè)試，這樣對(duì)土質(zhì)條件進(jìn)行初步的了解。同時(shí)，要進(jìn)行試鉆，獲取樣本來(lái)加強(qiáng)勘探工作的針對(duì)性。這一階段是海上風(fēng)電勘探的主要環(huán)節(jié)和重點(diǎn)任務(wù)，做好可行性研究階段的海上風(fēng)電勘探不僅可以為下一步明確布置風(fēng)電機(jī)組提供專業(yè)的參考依據(jù)，還是下一步做好風(fēng)電機(jī)基礎(chǔ)性類型選擇的重要參考。在此階段要多措并舉，優(yōu)中選優(yōu)，采用先進(jìn)的勘探方法，進(jìn)而確?？碧浇Y(jié)果準(zhǔn)確有效，這也是下一步驗(yàn)證具體詳細(xì)勘探的重要參考依據(jù)，為下一步的工作進(jìn)行指導(dǎo)。這其中較為常用的一種方法就是淺地層剖面法，通過(guò)該法可以有效地測(cè)定區(qū)域的各種數(shù)據(jù)，進(jìn)而能夠有效地在區(qū)域內(nèi)進(jìn)行設(shè)置風(fēng)電機(jī)組。該方法的原理是通過(guò)聲波來(lái)實(shí)現(xiàn)，聲波在不同介質(zhì)的速度不同，甚至可能在能量上發(fā)生變化，同時(shí)發(fā)生變化的還有頻譜速度等。借助聲波穿過(guò)物質(zhì)時(shí)能量速度頻譜出現(xiàn)變化的原理來(lái)進(jìn)行水面下的勘探，進(jìn)而確定水面下載巖土結(jié)構(gòu)和構(gòu)造這一種有效的物理方法，這種方法主要是通過(guò)發(fā)射信號(hào)，該信號(hào)信號(hào)的頻率較低、傳播力強(qiáng)，能夠穿透海底的地層，勘探深度可達(dá)70米，可以有效的對(duì)地質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行探測(cè)，同時(shí)這種方法具有較好的分辨率，對(duì)于地質(zhì)結(jié)構(gòu)以及周圍的局部結(jié)構(gòu)，能夠做到高效率的探測(cè)。

3.3海上風(fēng)電建設(shè)的詳細(xì)勘探階段的勘探方法選擇

這個(gè)階段就是要在前期勘探的基礎(chǔ)上再進(jìn)一步的明確各種數(shù)據(jù)、查明各種情況。同時(shí)做好評(píng)價(jià)，為下一步進(jìn)行施工提供相應(yīng)的參考資料，以便于設(shè)計(jì)施工圖紙、編制招標(biāo)文件。主要任務(wù)是對(duì)于需要安裝的每臺(tái)機(jī)組基礎(chǔ)進(jìn)行明確，對(duì)于其基礎(chǔ)下的土層查明埋藏深度、機(jī)組基礎(chǔ)的地質(zhì)條件。同時(shí)，采取有效的措施做好對(duì)地質(zhì)基礎(chǔ)的處理，要針對(duì)每個(gè)機(jī)組進(jìn)行勘探，這也是本階段的重點(diǎn)和難點(diǎn)。要有效的有針對(duì)性的以原位測(cè)試方法進(jìn)行勘探，靜力觸探方法要結(jié)合鉆探取樣。對(duì)一些地質(zhì)條件特別復(fù)雜的，要采用構(gòu)建三維模型的方式來(lái)進(jìn)一步的掌握地質(zhì)條件，為下一步工作進(jìn)行提供詳細(xì)的地質(zhì)資料，這一階段持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)，需要付出較多的人力、物力。

結(jié)束語(yǔ)：

對(duì)于海上風(fēng)電的勘探方法選擇，要做到精益求精，在選擇時(shí)要積極落實(shí)好靜力勘探，同時(shí)，不斷地優(yōu)化其他原位測(cè)試的方法，補(bǔ)足短板，確保原位測(cè)試結(jié)果真實(shí)可靠。特別是要高度重視推動(dòng)可行性研究階段作用的最大化，采用先進(jìn)的技術(shù)推動(dòng)三維地質(zhì)模型的廣泛應(yīng)用，確?？碧劫|(zhì)量能夠得到有效保障。

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作者簡(jiǎn)介：

郭海峰 1985 河北邯鄲人，碩士研究生 高級(jí)工程師 2012年畢業(yè)于中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢），主要從事工程物探和海洋物探方面的工作與研究