海上风电开发与建设方面的探讨

孙元同

【摘  要】作为一种无污染，可持续供给的绿色能源，风力发电便利了人们的生产生活，对电力社会文明的重要作用是不言而喻的。因自身所蕴藏的无限能量，海上风力发电越来越受到世界各国的重视。本文着重从我国海上风电开发与建设方面进行相关探讨。

【关键词】海上风电;开发流程;工程建设

一、风资源评估及海上风电开发流程

1.1中国海上风资源的分布情况

通过统计我国沿海各省市风资源情况得知，山东地区90米高度年平均风速为6.7-7.5m/s，按照IEC等级分类处于III级。

1.2海上测风塔选址要求

1） 测风塔安装点应在海上风电场范围内;2） 测风塔安装点周围应开阔，应远离障碍物，距离大于30倍障碍物的高度。3） 单个风电场测风塔不少于1座，具体数量依据风电场场址形状和范围确定。潮间带及潮下带滩涂风电场的测风塔控制半径应不超过5km，其他海上风电场则不超过10km。测风塔布置应兼顾平行与垂直海岸线两个方向的风能资源变化情况。

1.3海上测风方式

1.3.1测风塔测风

测风塔测风方式可靠性高。测风塔测风分为两类，海上岛礁测风塔/滩涂测风塔、海上自立式测风塔。

1.3.2雷达测风

雷达测风方式方式是较新的测风方式，目前主要分两类：分别为激光雷达、声雷达。

雷达测风方式按平台不同，也可以分为两类。一类为平台式，即设置海上测风平台，雷达测风设备等置于平台上。另一类为浮动式，即设置浮动式观测平台，各设备置于浮动式平台上。

1.4海上风电开发流程

适 用  范 围：项目前期、项目核准、工程建设与运行管理

项目核准部门：地方主管部门（主要指省级能源主管部门和海洋行政主管部门）

开 发  区 域：“双十规定”（离岸10km以上，水深超10m）、连片、规模化开发

规划 先行原则 ：开发项目必须在规划之内

适  用 项 目：潮间带、近海、远海

资  源  开 发：鼓励各省市通过招标方式选择开发投资企业

海上风电项目开发流程细分可分为13个模块，分别为：1、风能资源评价，2、规划报告编制，3、预可研报告编制，4、可研报告的编制，5、项目申请，6、项目核准，7、投资决策，8、开工决策，9、招标采购，10、项目实施，11、项目验收并转入生产运营，12、项目主机出质保的生产运营，13、项目技术改造或退役。

1.5项目所需资料及合规手续办理

海上风电项目所需资料共计约23项，后续随着海上风电项目所涉及的政府、军事部门职责划分的不同，所需资料有可能增减。具体需办理的文件名称及主管位如下。

二、海上风电工程建设

2.1海上风电主要施工工序

近海风电施工流程较为复杂，近海风电水深大、离岸距离远、海上环境复杂，工序与设备要求高，具体分为桩基基础、风机吊装、海上升压站/陆上集控中心建设、高压电缆敷设等环节。

2.1.1桩基基础

海上风电基础型式分为：单桩基础、高桩承台、多桩基础、导管架基础、重力式基础、负压筒形基础、漂浮式基础。因现在单桩基础工艺成熟并结合山东区域地质及水深的特点，最适宜单桩的基础形式。

2.1.2单桩基础特点

概况：结构最简单，应用最广泛，适应水深10-40米;

结构：由钢板卷制而成的焊接钢管组成;

分类：有过渡段单桩，无过渡段单桩;

优势：单桩基础结构简单，施工快捷，造价相对较低;

劣势：结构刚度小、固有频率低，受海床冲刷影响较大，且对施工设备要求较高。

2.1.3单桩基础施工主要过程

随着机组容量及风场海域变化，单桩直径从5m发展到现在的8.5m。目前国内正在施工的最大单桩重量1800t左右，并有进一步发展的趋势。

2.1.4单桩基础施工意垂直度调整

钢桩入泥前，利用经纬仪测量钢桩的垂直度，并通过导向平台抱箍油顶精确调整钢桩的垂直度。钢桩入泥的过程中，每50-100cm暂停下沉，测量并调整钢桩垂直度。

2.2.海上风电工程吊装

海上风电机组主要的吊装工艺有四种，具体如下：

整体一步式安装技术：优点，缩短工程建设工期，工作效率高;缺点，需要大型起重船，起吊能力要求高 ，吊具设计复杂 ，安装精度高 ，对港口等组装场地要求高。

兔耳式安装技术：优点，吊装次数少，吊装费用低，起重机吊装能力一般;缺点，要求天气、风速条件高，组装好的叶片占用港口甲板面积，不适合长途运输 ，高空作业量大、操作空间少。

三叶式安装技术：优点，吊装次数少，吊装要求低。缺点，要求天气、风速条件高，组装好的叶片占用港口甲板面积 ，国内三叶式吊装需要在海上拼装叶轮，对于安装船尺度要求高。

单叶式安装技术：优点，吊装次数少，吊装要求低。缺点，要求天气、风速条件高 ，组装好的叶片占用港口甲板面积，国内三叶式吊装需要在海上拼装叶轮，对于安装船尺度要求高。

2.3海上升压站施工

国内大部分海上升压站基础采用四桩导管架基础结构型式，采用先安装导管架后插打钢管桩并灌浆连接的海上升压站施工工艺。其技术难点是在有限的空间内合理的布置设备、支吊架、电缆、管系等，建造阶段需要采用三维软件解决碰撞问题。（布置优化、结构优化、防火分隔优化）采用工厂内建造，分层分段安装焊接;其检验标准：《 钢结构施工质量验收标准 》。

2.4海缆施工过程

2.4.1海缆铺设前的准备工作

海缆铺设前，采用先进的技术和设备，对海缆铺设的线路进行实地勘测，尽量避开危险和受限区域，选择安全可靠的海缆登陆点和路由，确定经济合理的海缆铺设方案。

2.4.2海缆敷设方式介绍

（1）冲埋式

利用水枪将高压水流喷射至海底，当水枪沿海缆移动时，海缆由于自重的影响自然沉入泥浆中，隨后泥浆重新固化为泥土。

（2）刀犁式埋设

用敷缆船用牵引索拖拉埋设犁（或用水下机器人），安装在埋设犁尾部的刀犁，在海床上掘削出一条沟槽，然后将电缆和中继器埋入。电缆被放置后同时利用刀犁把挖出的土回填。

（3）切割式埋设

在电缆铺设前用切割轮、切割链或粉碎机开沟，适用于海底岩石层或不宜冲埋、犁挖的硬土层。

（4）预挖掘法

在电缆敷设前，使用挖泥船或其他挖掘设备（如驳船上搭载挖掘机）进行开沟的方法，待电缆铺设于沟槽中使用挖泥船填充沟槽。该方法可通过空气袋使电缆浮动在沟槽上方，或直接在沟槽中敷设电缆。

2.5海上施工船舶

海上无论是风机还是基础的安装都需要有相应能力的运输工具将其运送到风电场址，并配备适合各种安装方法的起重设备和定位设备。因此海上起重船舶的选择，就显得尤为重要。

海上风电使用的船舶类型主要有：离岸大型双体起重船、自升式起重平台、自航自升式风机安装船、桩腿固定型风机安装船、半潜式安装船等。

三、结尾

海上风电现处于大规模建设阶段，这个阶段中有许多我们从未知晓的事物，我们只能“摸着石头过河”，逐步抢占技术创新与管理创新的制高点，因此要以更大的勇气、更长远的眼光，加强顶层设计，加大科技方面的投入，吸收一切先进的科学技术、整合社会资源，促进风电产业的持续健康发展，让风电这一清洁能源为人类社会的进步作出更多的贡献！

参考文献：

[1]杨校生著.风力发电技术与风电场工程【M】.北京：化学工业出版社，2012

[2]金风科技海上风电培训【D】.江苏：金风科技股份有限公司.2019

（作者单位：国家电投山东能源发展有限公司）