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筑牢海上风电走向深蓝的"基础"
来源:三峡小微,北极星风力发电网
关键词:海上风电
阅读:12次
2024-07-10 08:29:00.0

回顾我国海上风电机组的发展历程,从单机容量1.5兆瓦到8兆瓦并网发电,用了13年时间;而从8兆瓦机组到16兆瓦机组,仅用了3年左右。如今,单机容量18兆瓦海上风电机组已经在广东完成吊装,海上风电机组大型化速度正在加快。

俗话说,“基础不牢,地动山摇。”单机容量迈入新的数量级,并非机组的简单放大,而是新材料、新工艺和新技术的全面研发与应用,特别是对海上风电基础的挑战愈加突出。

据了解,海上风电机组重量每增加1吨,基础部分增加的重量就要超过10吨。“以全球首台投入商业运行的单机容量16兆瓦海上风电机组为例,它的机舱、发电机组合体重达385吨,每一只叶片重54吨,为了支撑它平稳运行,该机组的重量接近2000吨。在机组满发状态下,风电机组基础要承受相当于1000辆越野车同时把油门踩到底时所爆发出的扭矩。”三峡集团上海院新能源土建施工设计院工程师陈立举例说。

海上风电基础主要是塔筒及风电机组的支撑结构,是海上风电三大系统之一。以我国第一座海上风电场——上海东海大桥海上风电示范项目为例,当时能借鉴的基础结构就是欧洲海上风电使用的单桩基础式。但是,项目所在区域的海底以软土地基为主,如果使用单桩基础式,就像“一根筷子插到豆腐里”,稳定性无法满足要求。

负责上海东海大桥海上风电示范项目设计的三峡集团上海院勇当“吃蟹第一人”,首创使用“长腿螃蟹”方案——高桩混凝土承台基础型式,将8根80多米长、直径1.7米粗的钢管斜着打入海底,随后在8根钢管上浇筑一个直径14米的混凝土承台,再将风电机组整体起吊至承台上,完成安装。

“这种设计不仅解决了软土地基承载力不足的问题,更适应了当时国内海上风电基础施工与设备技术的行业发展。如今,这种高桩混凝土承台基础型式已经运用在国内已建和在建的各个风电场站。”“国家卓越工程师”称号获得者、三峡集团上海院总工程师林毅峰说道。

自东海大桥海上风电示范项目开始起步,经过十几年的高质量发展,我国海上风电装机容量如今已超过3600万千瓦。“十四五”期间,我国规划了山东半岛、长三角、闽南、粤东、北部湾五大千万千瓦级海上风电基地,各地出台的海上风电发展规划规模已达8000万千瓦,极大推动了海上风电产业发展。与海上风电一同“长大”的还有海上风电基础。

中国海油研究总院院长米立军表示,在近浅海,常通过架设深入海底的钢管或者导管架来固定风电机组,但在深远海,这种结构的基础变得过于庞大,性价比将大打折扣。“漂浮式基础可以打破作业水深和海底固定安装条件的限制,有效拓展深远海风能资源开发。”

三峡阳江沙扒海上风电场被誉为“海上风电基础博物馆”,由于这里地质条件复杂多变,风电场采用了包括高桩承台基础、导管架桩基础、单桩基础、吸力筒基础和漂浮式基础等8种风电机组基础型式。全球首个抗台风型漂浮式风电机组及基础平台——“三峡引领号”就在这里。

“三峡引领号”,位于离岸28公里,水深30米处,一台高度超百米的风电机组屹立在三角结构的漂浮平台上,基础平台用锚系与海底链接,让浮体与风电机组“漂”在海面上,保证风电机组即使在台风来临时也“不沉”“不倒”“不跑”。

“不沉,秘诀暗藏在整个浮体中,浮体被分了几十个空仓,有的仓有水、有的仓没水,通过调压载水,维持浮力与1000多吨的风电机组重力平衡;不倒,需通过一个复杂的数学模型来计算分析,即便平台倾角达到10度甚至15度,风电机组整体也能通过一系列调整恢复如初;不跑,则通过系泊系统来实现,它就是牢牢抓住‘风筝’的那根线。”林毅峰介绍道。

作为我国东北严寒地区首个海上风电项目,三峡集团大连庄河Ⅲ海上风电场所在海域,冬天时的海冰厚度达十几厘米,在海面风大浪急时,海冰撞击海上风电基础,产生安全隐患。为了解决这样的问题,林毅峰团队在我国北方第一个海上风电场——河北乐亭海上风电场开始学习、研究、解决海冰对海上风电基础的撞击问题。

河北乐亭海上风电场勘测设计前期工作恰逢多冰期,这给前期工作带来极大困难。“我们也想到了能否借鉴欧洲经验,但他们的项目开发多处于深海非结冰海域,对河北乐亭而言,并无太多帮助。”林毅峰说。

林毅峰和团队从零开始学习国内外海冰相关的技术资料,梳理出其中的关键技术,掌握冰荷载的计算方法,创新性地将海上钻井平台抗冰结构引入海上风电场建设中,结合海上风电施工特点研发出后装配式单桩抗冰锥结构。

此外,该海域各类岩石混杂,岩层地下溶洞遍布,地质情况十分复杂。林毅峰和团队创新设计出嵌岩组合大直径单桩,上面是钢管桩,下面用一段混凝土灌注桩,解决了特殊地质条件下风电机组基础安全问题,一举攻克天气寒冷地区风电抗冰难题。

向海图强,行至深远海是中国海上风电发展的必由之路,而且海上风电技术正处在快速迭代中,也将与海水养殖、海上制氢等新业态融合创新发展。海上风电行业要走得更远、更稳,不仅需要风电机组技术的发展,还要有海上风电基础、海上施工装备、技术的协同发展。“海上森林”不断发展壮大,更要夯实“基础”。

来源:三峡小微       作者:雷海超

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