海上風力發電項目建設及施工管理的研究

程亮

摘 要：我國海上風力發電行業進入“加速期”。文章介紹了不同類型的海上風機基礎型式、海上風機安裝方式。研究了兩種施工方案所需要的施工周期，并對我國的海上施工能力（如：打樁、起吊設備及船舶）做出了分析。

關鍵詞：海上風電 基礎結構 施工能力

引言

中國海上可開發風力資源儲量約為750GW，在經濟發達、電網結構較強且常規能源缺乏的東南沿海地區分布較為密集。而海上風電場的建立，不僅可以緩解其能源環境壓力，還能對當地經濟的可持續發展。但是海上風電的技術非常復雜，面臨著很多挑戰。因此，積極主動學習國內外海上風電場建設經驗對于發展我國海上風力發電非常重要。

1 中國海上風力發電現狀

近年來，陸地風電場由于建設用地、電網條件以及環保等因素的制約增速開始放緩。而海上風電場的建設開始進入商業化階段：截止到2012年底，我國海上風電建設有了實質性的發展，全國共建成海上風電試驗、示范項目5個[1]。2012年我國新增海上風電裝機容量127MW，其中潮間帶裝機容量113MW，累計裝機389.6MW，位居世界第三。其中上海東海大橋風電場、江蘇如東潮間帶風電場已投入商業運行。

2 海上風電施工方案

潮間帶和近海風電場一般距離海岸線的距離為1～20 km，水深一般小于30 m。但近海往往存在漁場、通信、軍事禁區等用途，水域使用權復雜，風電場建設將不可避免地逐步向深海區域發展。2006年英國建造的Beatice風電場的水深達到了45m[2]。根據國外的研究結果，全球風電場有向深海域發展的趨勢。

2.1 海上風機的基礎型式

由于海上風力發電機的建造位置高、重量大，所以上部分結構會受到較大風力負荷，這就對風機基礎提出了不僅要能夠承受豎直向下的壓力，還要有巨大水平力和提拔力的成受力?，F已投入使用的風電機基礎中有單樁基礎、重力基礎以及導管架群樁基礎。淺海區域多使用點樁基礎和重力基礎；導管架基礎僅在45m水深的Beatrice風電場采用過；重力基礎在巖基海床以及承載力高的沙土地質條件使用較多。

2.2 海上風機基礎施工

（1）單樁基礎施工

單樁基礎結構簡單，在水深30m以下的海床較堅硬區域采用較多，樁徑在3.5 m以上。根據海床硬度的區別，施工方法上主要利用兩種途徑：第一是用樁錘直接打樁，第二是鉆孔安防鋼管樁，并進行灌漿處理。第一種途徑中的打樁主要是采用液壓打樁錘。第二種途徑一般是用在海床面為巖基的地方，鉆孔用循環鉆機，孔口由鋼套管撐住，入孔這些鋼管樁的吊放主要用起重船或者是液壓自生平臺，最后灌漿鋼樁和孔壁之間的空隙。

（2）重力式基礎施工

導管架群樁基礎和海上石油平臺類似，在陸上的車間加工好后，運到風機基礎安裝處，由大型起重船把導管架由水平向轉成豎直向，緩慢放到海床底部。在導管架4個角上各有一個套管，將樁沿著套管打入海床。

（3）導管架群樁基礎施工

導管架群樁基礎類似于海上石油平臺，將在陸地車間加工好的導管架運送至風機基礎安裝處，利用大型起重船將其調整成豎直方向，緩慢放至海床底部。導管架的四角分別裝有套管，將樁通過套管夯進海床。

（4）高樁承臺基礎施工（東海風電采用此種方式）

這種風機基礎型式采用高樁混凝土承臺，直徑為φ14m的承臺一次澆注成型，混凝土強度等級為C45 的高性能海工混凝土，總方量達616m3，樁基采用8根φ1.70m-81.72m 的鋼管樁。

高樁承臺方案樁基是采用8根長度為46m，直徑1.2m，厚度20mm的常規鋼管樁。沉樁采用GPS遠海打樁定位系統進行沉樁定位，由打樁船自帶的S280液壓打樁錘或D150柴油打樁錘施工，配備1艘4000匹馬力的拖輪牽引，2000t甲板駁運輸20根樁，吊樁采用常規4點吊起吊，具體施工方法為常規海上打樁。

2.3 工作平臺施工

風機平臺是安裝在風機基礎上部供施工人員及工作人員停留之處，也是調平基礎水平度偏差的手段之一，采用灌漿聯結或直接焊接的方式安裝。

2.4 海上風機安裝

海上風電場安裝方式主要有2種：海上分體安裝和海上整體安裝。不管采用哪種施工安裝方法，都力求在海上的作業時間短，要保證施工安全[3]。

（1）海上分體安裝

首先，在裝配碼頭將風機的機艙、輪轂和2片葉片組裝成為一個吊裝體；然后，用專門的風機安裝船把這個吊裝體連同其它的部件（塔筒和另一片葉片等）運到海上安裝。當安裝船到達安裝地點后，按照陸上風電場風機的吊裝的安裝順序完成吊裝：下部塔筒，上部塔筒，機艙及2個葉片和最后一個葉片。

（2）海上整體安裝

海上整體安裝方法在上海東海大橋示范風場采用。整體安裝使用了最大起重能力為4000t的雙吊臂大型起重船，起重量4000t的桅桿長度68m，起重量3256t的桅桿長度為82m。選擇碼頭上200m×300m的空地作為拼裝場地，將臨時支架暫時固定在地面上，塔筒放入支架內并用螺栓連接，然后依次吊裝上部塔筒、機艙、輪轂和葉片。將風機整體吊到船上的是大型起重船，船上的吊機也要一起吊住風機底部的臨時支架，同時由抱箍抱住塔筒。一切就緒以后，由拖機將起重船拖到風機的安裝地點。由起重船將風機整體和支架吊裝到有導管架基礎的平臺上，將螺栓與塔筒連接以后，再拆除臨時支架。

3 國內海上風電施工能力分析

3.1 打樁能力

國內現有的打樁錘主要是柴油打樁錘[4]。D180筒式打樁錘每次最大打擊能量為580kNm，但根據有關資料顯示，柴油打樁錘在打樁過程中的能量損失為60%～70%。這樣，目前的柴油打樁錘的實際打樁能力，無法承擔樁徑2.5m以上，重量120t以上鋼管樁的施打工作。endprint

近年來，我國從國外進口了部分液壓打樁錘，最大打樁能量800kNm。液壓打樁錘具有打樁過程中損失能量少（20%～23%），打樁效率高的優點，并且可以懸打，即可以省去打樁架，直接由吊機懸住打樁錘進行打樁作業。由于直接進口了部分打樁設備，我國的打樁能力已經與歐洲相差不大。國外海上風電場樁徑4～5m單樁基礎的打樁，使用的打樁錘的打樁能量一般為500～600 kNm，我國的現有液壓打樁錘能夠勝任這項工作。

我國近幾年進口了一些液壓打樁錘，打樁能量最大能達800kNm。液壓打樁錘的優點是打樁過程中能量損失?。?0%～23%），效率高，而且懸打的功能可以減少打樁架消耗的資源和時間，通過吊機將打樁錘懸在空中打樁。這些打樁設備的進口，將我國的打樁能力和歐洲國家之間的差距大大減少。

3.2 吊裝能力

我國陸地吊裝的能力伴隨高速發展的經濟建設而越來越強，目前為止國內陸地吊裝設備的最大吊裝重量為1350t，海上起重船的最大起重重量是4000t，特大型號的路上吊裝設備是進口自德國。但是我國的海上吊裝設備不同于陸上設備，大部分為國內建造，而電氣以及液壓系統的部件或者設備有相當一部分是進口。我國目前仍然在研究大型的起重船只，海上起吊將會走向更重、更高的發展道路。

3.3 海上分體安裝

我國沒有大型的海上自升式平臺，現有的自升式平臺面積小，即使有國外那種大型自升式平臺，也難以適應于我國東南沿海大部分區域的淤泥質粉土海床。自升式平臺的支腿在這種超過深度15m以上的淤泥質粉土中，難以支撐上部吊機和風機設備的重量，同時，即使完成了吊裝作業施工后，也無法拔起支腿?？紤]到我國現有設備水平，海上分體安裝可行度較低。

3.4 海上整體吊裝

海上整體吊裝在國內更容易實現。首先，我國目前大型船只較多，起吊重量和起吊高度毫不遜色國外船只。我們既有“華天龍”這樣的主臂為單吊臂的船只，也有“奮進號”這種主臂為雙吊臂的船只?！皧^進號”每個主臂上分別有兩個吊鉤，使用更為靈活。其次，大型起重船用于海上風電整體吊裝時不用加以改造，能省掉改造費用，加快工程的進度。海上整體吊裝須在陸上找一塊靠近碼頭，且有足夠承載力和作業面積的陸上拼裝場地，華東沿海有很多大型港口碼頭，完全可以滿足風電場建設的需要。

4 小結

海上風電的開發為我國開發近海能源提供了美好的遠景規劃，在常規火電規模逐漸萎縮、陸上風力資源發展受制約的情況下，理應將開發海上風電項目作為國家能源發展的戰略重點。我國吊裝等施工能力的不斷提高，也為開發海上風能提供了必要的保障。在國內施工單位和技術人員的配合下，海上風電場完全可以依靠國內力量順利建成。

參考文獻

[1] 李俊峰等.2013中國風電發展報告[R]. CREIA，CWEA，GWEC.2013.9.

[2] 丁金鴻，譚家華.近海風電專用安裝船概述[J].中國海洋平臺.2009，24（5）：6-10.

[3] 何炎平，楊啟，杜鵬飛，等.海上風電機組安裝運輸、安裝和維護穿方案[J].航海工程.2009.38（4）：136-139.

[4] 江波、肖晶晶、閆峻明.我國海上風電施工能力分析[J].可再生能源.2007，25（4）：104-106.endprint

近年來，我國從國外進口了部分液壓打樁錘，最大打樁能量800kNm。液壓打樁錘具有打樁過程中損失能量少（20%～23%），打樁效率高的優點，并且可以懸打，即可以省去打樁架，直接由吊機懸住打樁錘進行打樁作業。由于直接進口了部分打樁設備，我國的打樁能力已經與歐洲相差不大。國外海上風電場樁徑4～5m單樁基礎的打樁，使用的打樁錘的打樁能量一般為500～600 kNm，我國的現有液壓打樁錘能夠勝任這項工作。

我國近幾年進口了一些液壓打樁錘，打樁能量最大能達800kNm。液壓打樁錘的優點是打樁過程中能量損失?。?0%～23%），效率高，而且懸打的功能可以減少打樁架消耗的資源和時間，通過吊機將打樁錘懸在空中打樁。這些打樁設備的進口，將我國的打樁能力和歐洲國家之間的差距大大減少。

3.2 吊裝能力

我國陸地吊裝的能力伴隨高速發展的經濟建設而越來越強，目前為止國內陸地吊裝設備的最大吊裝重量為1350t，海上起重船的最大起重重量是4000t，特大型號的路上吊裝設備是進口自德國。但是我國的海上吊裝設備不同于陸上設備，大部分為國內建造，而電氣以及液壓系統的部件或者設備有相當一部分是進口。我國目前仍然在研究大型的起重船只，海上起吊將會走向更重、更高的發展道路。

3.3 海上分體安裝

我國沒有大型的海上自升式平臺，現有的自升式平臺面積小，即使有國外那種大型自升式平臺，也難以適應于我國東南沿海大部分區域的淤泥質粉土海床。自升式平臺的支腿在這種超過深度15m以上的淤泥質粉土中，難以支撐上部吊機和風機設備的重量，同時，即使完成了吊裝作業施工后，也無法拔起支腿?？紤]到我國現有設備水平，海上分體安裝可行度較低。

3.4 海上整體吊裝

海上整體吊裝在國內更容易實現。首先，我國目前大型船只較多，起吊重量和起吊高度毫不遜色國外船只。我們既有“華天龍”這樣的主臂為單吊臂的船只，也有“奮進號”這種主臂為雙吊臂的船只?！皧^進號”每個主臂上分別有兩個吊鉤，使用更為靈活。其次，大型起重船用于海上風電整體吊裝時不用加以改造，能省掉改造費用，加快工程的進度。海上整體吊裝須在陸上找一塊靠近碼頭，且有足夠承載力和作業面積的陸上拼裝場地，華東沿海有很多大型港口碼頭，完全可以滿足風電場建設的需要。

4 小結

海上風電的開發為我國開發近海能源提供了美好的遠景規劃，在常規火電規模逐漸萎縮、陸上風力資源發展受制約的情況下，理應將開發海上風電項目作為國家能源發展的戰略重點。我國吊裝等施工能力的不斷提高，也為開發海上風能提供了必要的保障。在國內施工單位和技術人員的配合下，海上風電場完全可以依靠國內力量順利建成。

參考文獻

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[4] 江波、肖晶晶、閆峻明.我國海上風電施工能力分析[J].可再生能源.2007，25（4）：104-106.endprint

近年來，我國從國外進口了部分液壓打樁錘，最大打樁能量800kNm。液壓打樁錘具有打樁過程中損失能量少（20%～23%），打樁效率高的優點，并且可以懸打，即可以省去打樁架，直接由吊機懸住打樁錘進行打樁作業。由于直接進口了部分打樁設備，我國的打樁能力已經與歐洲相差不大。國外海上風電場樁徑4～5m單樁基礎的打樁，使用的打樁錘的打樁能量一般為500～600 kNm，我國的現有液壓打樁錘能夠勝任這項工作。

我國近幾年進口了一些液壓打樁錘，打樁能量最大能達800kNm。液壓打樁錘的優點是打樁過程中能量損失?。?0%～23%），效率高，而且懸打的功能可以減少打樁架消耗的資源和時間，通過吊機將打樁錘懸在空中打樁。這些打樁設備的進口，將我國的打樁能力和歐洲國家之間的差距大大減少。

3.2 吊裝能力

我國陸地吊裝的能力伴隨高速發展的經濟建設而越來越強，目前為止國內陸地吊裝設備的最大吊裝重量為1350t，海上起重船的最大起重重量是4000t，特大型號的路上吊裝設備是進口自德國。但是我國的海上吊裝設備不同于陸上設備，大部分為國內建造，而電氣以及液壓系統的部件或者設備有相當一部分是進口。我國目前仍然在研究大型的起重船只，海上起吊將會走向更重、更高的發展道路。

3.3 海上分體安裝

我國沒有大型的海上自升式平臺，現有的自升式平臺面積小，即使有國外那種大型自升式平臺，也難以適應于我國東南沿海大部分區域的淤泥質粉土海床。自升式平臺的支腿在這種超過深度15m以上的淤泥質粉土中，難以支撐上部吊機和風機設備的重量，同時，即使完成了吊裝作業施工后，也無法拔起支腿?？紤]到我國現有設備水平，海上分體安裝可行度較低。

3.4 海上整體吊裝

海上整體吊裝在國內更容易實現。首先，我國目前大型船只較多，起吊重量和起吊高度毫不遜色國外船只。我們既有“華天龍”這樣的主臂為單吊臂的船只，也有“奮進號”這種主臂為雙吊臂的船只?！皧^進號”每個主臂上分別有兩個吊鉤，使用更為靈活。其次，大型起重船用于海上風電整體吊裝時不用加以改造，能省掉改造費用，加快工程的進度。海上整體吊裝須在陸上找一塊靠近碼頭，且有足夠承載力和作業面積的陸上拼裝場地，華東沿海有很多大型港口碼頭，完全可以滿足風電場建設的需要。

4 小結

海上風電的開發為我國開發近海能源提供了美好的遠景規劃，在常規火電規模逐漸萎縮、陸上風力資源發展受制約的情況下，理應將開發海上風電項目作為國家能源發展的戰略重點。我國吊裝等施工能力的不斷提高，也為開發海上風能提供了必要的保障。在國內施工單位和技術人員的配合下，海上風電場完全可以依靠國內力量順利建成。

參考文獻

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[4] 江波、肖晶晶、閆峻明.我國海上風電施工能力分析[J].可再生能源.2007，25（4）：104-106.endprint