海上風電機組的鋼結構基礎承載平臺及塔筒建造

文/沈飛 江蘇海力風電設備科技有限公司

編輯/方思敏

海上風電機組的鋼結構基礎承載平臺及塔筒建造

文/沈飛 江蘇海力風電設備科技有限公司

編輯/方思敏

新建的5兆瓦海上風機基礎導管架及塔筒已在近海安裝完畢

據全球風能協會（GWEC）統計公布歐洲就有超過1億千瓦海上發電項目處于規劃之中，到2015年歐洲海上風電的目標就將達到4000萬千瓦，2030年將突破1.5億千瓦。我國近海區域遼闊，海上可開發風能資源是陸上可開發風能資源的3倍，可開發容量達到2億千瓦。根據國家能源局規劃，到2020年我國海上風電裝機容量超過1000萬千瓦。

海上風電場建設具有三大優勢。平均風速高，不需要很高的塔筒；由于噪音限制小，海上風電單機容量可以大幅度提高；海上風的湍流強度小，一般具有穩定的主導方向，可以使機組運行穩定、壽命延長。

海上風電基礎項目技術中，目前歐洲近海風電場主導基礎結構型式為單樁。但根據我國海床條件比較差的情況，風機單機容量增大，對基礎剛度的要求非常高，因此單樁在我國的應用受到影響，常規適用于2兆瓦以下的風機形式。

而混凝土樁是國內潮間帶最早使用的試驗形式的樁基基礎，這種形式受海上潮汐影響，制造周期長，達到4至6個月，同時施工難度大，成本費用高。所以混凝土樁并不適合近海潮間帶風電場的建設要求。

基于以上近海潮間帶現狀，江蘇海力風電設備科技有限公司制造的海上鋼結構多樁導管架風機基礎承載平臺及塔筒，自2010年起在江蘇如東海上風電場率先得到成功應用，這也是目前亞洲最大的已建海上風電場。

目前，江蘇海力在海上風機塔筒及鋼結構基礎承載平臺的制造過程中主要注重了以下幾方面的要求：

1.主要原輔材料的選用原則

海上風電場相比于陸上風電場，其塔筒，尤其是其鋼結構基礎承載平臺的受力狀況比較復雜，再加上海上風浪，甚至臺風及海水的侵蝕作用，使得其在設計及其制造上均有較高的結構及材料要求。所以，江蘇海力在陸上塔筒及其基礎環材料方面主要采用Q345C等。海上所使用的塔筒材料一般至少考慮采用Q345D，導管架主筒體一般還采用性能更優的材料，同時具備Z向拉伸性能的材料，如Q345D-Z15等。

2.制作工藝及設備的確定

海上風機塔筒及鋼結構基礎承載平臺主要制作工藝及設備的確定，主要體現在以下幾個方面：

1) 采用國內最為先進的徑向分別均可移動微調的四輪液壓式組對滾輪架及軸向可移動、可調節的行走滾輪架組合的形式，在地面預制的水平及直線度較高的專用軌道上進行每節塔筒、樁基鋼管的組對工作；

2) 在進行導管架承載平臺總裝裝配時，根據鋼管樁實際沉樁平面圖，設計出了多方位可調式支撐工裝，同時結合焊接變形預留數值，采用激光經緯儀將基礎平臺下部支撐一次性安裝到位，同時通過焊接完工后再次檢測，來修正焊接變形的偏差，最終確保導管架主筒體和四周樁套筒直線度及位置公差分別控制在10毫米之內；

3) 鋼結構焊接承載平臺的連接、焊接節點多、焊接工作量大，殘余應力大，對尺寸精度保證、焊接質量等帶來不利因素，而采用常規熱處理方式很難解決，經多方調研后采用了振動時效工藝，同時率先運用超聲波時效儀、殘余應力測試儀等先進測試設備，對其應力情況進行檢測，以最大程度降低焊后殘余應力；

4) 關鍵制作點的有效控制

a.采用無間隙的組對工藝對每一節塔筒筒節分別進行同一軸線組對，輔以激光測距儀、激光經緯儀等進行控制、檢測，最終確保塔筒、鋼管樁等直線度10000毫米內≤5毫米，整體直線度控制在20毫米之內。

b.海上風電場導管架承載平臺上焊接的主法蘭焊后高精度尺寸控制。

對于直徑5米以上的焊后法蘭，在此調整了其裝配及焊接的工序安排，嚴格保證與其組對筒節的圓度及平面度，并采取與主法蘭無間隙裝配技術，在焊接中實時監測法蘭平面變形情況并隨時調整焊接內外順序，另一方面焊前、焊后監測其法蘭的內傾度、平面度、橢圓度等，使其嚴格控制在標準范圍以內。

c.針對海上風電塔筒及導管架大直徑、大噸位、厚板連接、撐管相貫點多等特點，通過對焊接坡口及焊接形式的改進、對厚板卷制工藝的改進、對焊接工藝參數、焊接順序等的優化和控制、振動時效及熱時效多種去應力方法的綜合運用來控制和消除卷制、焊接等過程中產生的殘余應力。最終才能使風機塔筒、導管架制造關鍵項均達到了毫米級精度控制要求。

d.針對產品的潮差區、飛濺區、全浸區和海泥區等海上腐蝕環境的不同，研究設計了相應的防腐噴涂工藝，運用分段與整體相結合，傳統油漆工藝與新型噴鋅、涂裝防腐工藝相結合的方法，同時選用國際知名品牌防腐涂料，確保滿足海上防腐30年以上的技術要求。

通過這幾年來對海上風電場機組塔筒及鋼結構基礎承載平臺的制造，獲得了一些經驗，但也發現在此還有很多的不足需要改進：

1.采取更多的控制方法和手段來進一步提高基礎平臺法蘭及塔筒頂部法蘭等的精度；

2.面對類似的大噸位異型鋼結構平臺和其較高的精度要求，如何最大限度的減少焊接應力并對其進行有效的檢測；

3.如何能采取更合理、更先進的技術來保證其防腐效果，保證其產品的防腐壽命完全達到標準要求。