風電項目基礎設施建設創新和科學化施工探討

郭超 中國鐵建港航局集團有限公司

1.引言

隨著科技進步與社會經濟發展，全世界對環境保護、能源安全問題高度重視。在中國，風能儲量巨大、分布廣泛、對生態環境影響較小，它是能源發展中極具前景的領域之一。據估算，全世界風能資源總量約為 1400億千瓦，我國擁有的儲量約13 億千瓦，主要分布在陸地和近海區域，其中近海區域儲量約為 10 億千瓦。風電產業發展具有很多優勢，比如經濟效益、社會效益以及環境效益。但也存在很多問題，比如風電設備制造質量有待進一步提高、風電產業鏈整合能力不足等一系列問題。為了更好地利用風力發電，以及改善海上風力發電的效果。本文研究了創新的設施組織以及科學化施工方面，設計了一款兼顧氣象條件、水文條件、波浪、風資源、地質形貌的單樁穩樁平臺。該平臺是液壓插銷式自升式平臺，適合不同施工區域；適合單樁、三樁和四樁導管架穩樁施工；適合最大直徑8.5m的鋼管基礎樁。另外該平臺采用六錨定位，通過錨機收放錨鏈，能夠使平臺快速就位。該平臺能在風電項目中優化基礎設施組織并且實施科學化施工，為風電企業的發展貢獻一份力量。

2.我國海上風電產業發展概況

相比與陸地上風電項目而言，海上風電項目進展較為緩慢。查閱文獻發現關于海上風電項目的問題主要體現在三個方面：（1）政策制約方面。海上風電項目相對而言起步較晚，對其的政策扶持方面也相對較少。（2）在海上建立風電項目。海上的風電項目要求要比陸地上風電項目要高。另外相比于國外，國內企業在核心技術方面掌握不足，所以海上風電項目的發展容易穩定性不強。（3）陸地上風電項目和海上風電項目都面臨著聯網效率不高的問題。

圖1 單樁穩樁平臺的安裝工況

圖2 單樁穩樁平臺的作業工況

3.風電產業發展優勢與不足

關于風電項目發展優勢，可以從環境效益、社會效益和經濟效益這三個方面來闡述。（1）環境效益：風力發電是一種對環境影響較小的發電模式，具有正外部效應。（2）社會效益。據我國可再生能源研究機構發布的數據顯示，從 2020 年一直到 2050年，隨著風電產業的發展人才需求也隨之增加，預計到 2050 年風電市場總就業人數將達到47 萬人。（3）經濟效益。相比于傳統發電方式，風電項目優勢更為明顯，潛藏著巨大的經濟效益。

我國在風電產業發展中當然也存在一些問題，例如①成本壁壘。一直以來，風力發電呈現出成本明顯偏高的特點，這也是阻礙風電技術推廣應用的主要因素。②人才壁壘。相比于火電水電，我國風電產業屬于起步階段，因此在人才方面不夠豐富。尤其是風電產業需要對設備進行設計制造等程序，這些都需要各種專業人才。③技術壁壘。完整的風電開發過程主要包括評估風能資源、設計風電場所、安裝使用風電設備、運營維護電場的日常。具備成熟經驗的開發隊伍對于風電場的建設十分重要。

4.創新組織與科學化施工

針對目前我國在風電產業項目發展中的一些弊端，如技術壁壘和成本壁壘，本文提供了風電技術的創新組織以及一些科學化施工的策略、工藝。

4.1 概述

為了海上風場的打樁作業，設計制造了海上風電安裝單樁穩樁平臺（以下簡稱單樁穩樁平臺）。簡單來說，它就是為鋼管樁下沉的專用導向裝置。對于穩樁平臺，它自帶發電供電系統以及控制系統，并且可以獨立輔助作業船舶施工。另外，該平臺具備以下功能：（1）調節工程樁的沉樁作業以及樁身垂直度；（2）滿足受海洋風、浪、流影響的施工需求。其主要結構為Q355B型材料，附屬結構為Q235B型材料。其安裝概況如圖1所示。圖2是兩種作業工況，如圖2所示。

4.2 設計依據

單樁穩樁平臺主要參考的是《海港水文規范》《港口工程荷載規范》《船舶與海上設施起重設備規范》《材料與焊接規范》《鋼結構設計規范》以及《起重機設計規范》。其適應的作業環境要求為：在作業時水深為20～40m，水流速度要不大于2m/s，風速不大于20m/s。另外在非工作時，水流速度要不大于5m/s，承受的最大風速為55m/s。對于打樁導向能力而言，其直徑為6.0m～8.5m，水平調整能力為±0.5m（專指油缸伸縮方向），糾編能力 200t（單油缸作用力）。

表1 涂裝要求

4.3 主要部件

單樁穩樁平臺的主要部件包含穩樁平臺結構、油缸導向裝置、定位樁、平臺掛索、扶梯平臺、液壓系統以及電氣系統等。（1）對于單樁穩樁平臺結構，上部是導向架結構，主體是一個24m×23m×12m的空間立方體桁架結構。下部是立柱結構，是鋼管焊接的桁架結構。最后在平面下層鋪設防沉板以保證穩樁平臺結構整體放入海底后的穩定。（2）對于油缸導向裝置一共有8套，在平臺的上下兩層各布置4套。其中的4件油缸行程為2m，另外的4件油缸行程是1m。（3）另外，油缸導向裝置與底座通過螺栓連接，底座螺栓孔預留孔位，用于油缸導向裝置的移位安裝。油缸導向裝置通過放置于下部平臺上的液壓站提供動力和控制作業。同層的4套抱樁油缸即可同步動作也可單獨動作，開閉油缸和插拔銷油缸均為單獨動作，無聯動作業工況，高低位抱樁器配備視頻監控設施。（4）對于定位樁，它是一種鋼板卷制的焊管。其中直徑為2.5m，主要材質為Q355B。為了保障施工人員的安全，需要安裝輔助設施，在下部平臺及上層抱箍四周設置欄桿。（5）對于電氣及液壓這種控制系統，將臨時樁頂部和穩樁平臺采用掛索的裝置進行連接。對于電腦操作的操控臺、配備高清顯示屏幕，各類打樁作業數據、監控畫面實時顯示，打樁作業時，在操控臺顯示器上可看到鋼管樁傾斜儀傳感器顯示的數據、可顯示抱箍油缸位移傳感器的位移數據，可看到打樁作業高低位抱樁器視頻監控畫面。

4.4 防腐

對于穩樁平臺結構，在運行中需要考慮防腐的問題。要求所有鋼管兩端必須嚴格焊接密封。在封閉箱梁內部，要在封閉前涂裝環氧富鋅防銹底漆兩道，并且要求厚度不得小于 70 μm。對于鋼結構的外表面，需按表1所示體系涂裝。

5.小結

風電產業作為全球最為熱門的可再生清潔能源發電產業之一，它對國家的經濟發展和社會進步都具有舉足輕重的地位。通過加大基礎設施的建設力度，強化政策對風電產業的支持力度，整合風電產業鏈，來促進風電產業的自主創新，提升風電產業的自身運營管理水平。嚴格把控風電項目的工程質量，動態管理風電工程的施工情況，在經濟收益不斷提高的基礎上，獲得生態效益，讓風電工程項目成為高效、質量好并且可以有序管理的國家重點工程。單樁穩樁平臺的使用為海上打樁施工提供了可靠的技術支持，在保證施工安全的前提下，提高了打樁的經濟效益，為發展風電產業做出一定的貢獻。