风电项目基础设施建设创新和科学化施工探讨

郭超 中国铁建港航局集团有限公司

1.引言

随着科技进步与社会经济发展，全世界对环境保护、能源安全问题高度重视。在中国，风能储量巨大、分布广泛、对生态环境影响较小，它是能源发展中极具前景的领域之一。据估算，全世界风能资源总量约为 1400亿千瓦，我国拥有的储量约13 亿千瓦，主要分布在陆地和近海区域，其中近海区域储量约为 10 亿千瓦。风电产业发展具有很多优势，比如经济效益、社会效益以及环境效益。但也存在很多问题，比如风电设备制造质量有待进一步提高、风电产业链整合能力不足等一系列问题。为了更好地利用风力发电，以及改善海上风力发电的效果。本文研究了创新的设施组织以及科学化施工方面，设计了一款兼顾气象条件、水文条件、波浪、风资源、地质形貌的单桩稳桩平台。该平台是液压插销式自升式平台，适合不同施工区域；适合单桩、三桩和四桩导管架稳桩施工；适合最大直径8.5m的钢管基础桩。另外该平台采用六锚定位，通过锚机收放锚链，能够使平台快速就位。该平台能在风电项目中优化基础设施组织并且实施科学化施工，为风电企业的发展贡献一份力量。

2.我国海上风电产业发展概况

相比与陆地上风电项目而言，海上风电项目进展较为缓慢。查阅文献发现关于海上风电项目的问题主要体现在三个方面：（1）政策制约方面。海上风电项目相对而言起步较晚，对其的政策扶持方面也相对较少。（2）在海上建立风电项目。海上的风电项目要求要比陆地上风电项目要高。另外相比于国外，国内企业在核心技术方面掌握不足，所以海上风电项目的发展容易稳定性不强。（3）陆地上风电项目和海上风电项目都面临着联网效率不高的问题。

图1 单桩稳桩平台的安装工况

图2 单桩稳桩平台的作业工况

3.风电产业发展优势与不足

关于风电项目发展优势，可以从环境效益、社会效益和经济效益这三个方面来阐述。（1）环境效益：风力发电是一种对环境影响较小的发电模式，具有正外部效应。（2）社会效益。据我国可再生能源研究机构发布的数据显示，从 2020 年一直到 2050年，随着风电产业的发展人才需求也随之增加，预计到 2050 年风电市场总就业人数将达到47 万人。（3）经济效益。相比于传统发电方式，风电项目优势更为明显，潜藏着巨大的经济效益。

我国在风电产业发展中当然也存在一些问题，例如①成本壁垒。一直以来，风力发电呈现出成本明显偏高的特点，这也是阻碍风电技术推广应用的主要因素。②人才壁垒。相比于火电水电，我国风电产业属于起步阶段，因此在人才方面不够丰富。尤其是风电产业需要对设备进行设计制造等程序，这些都需要各种专业人才。③技术壁垒。完整的风电开发过程主要包括评估风能资源、设计风电场所、安装使用风电设备、运营维护电场的日常。具备成熟经验的开发队伍对于风电场的建设十分重要。

4.创新组织与科学化施工

针对目前我国在风电产业项目发展中的一些弊端，如技术壁垒和成本壁垒，本文提供了风电技术的创新组织以及一些科学化施工的策略、工艺。

4.1 概述

为了海上风场的打桩作业，设计制造了海上风电安装单桩稳桩平台（以下简称单桩稳桩平台）。简单来说，它就是为钢管桩下沉的专用导向装置。对于稳桩平台，它自带发电供电系统以及控制系统，并且可以独立辅助作业船舶施工。另外，该平台具备以下功能：（1）调节工程桩的沉桩作业以及桩身垂直度；（2）满足受海洋风、浪、流影响的施工需求。其主要结构为Q355B型材料，附属结构为Q235B型材料。其安装概况如图1所示。图2是两种作业工况，如图2所示。

4.2 设计依据

单桩稳桩平台主要参考的是《海港水文规范》《港口工程荷载规范》《船舶与海上设施起重设备规范》《材料与焊接规范》《钢结构设计规范》以及《起重机设计规范》。其适应的作业环境要求为：在作业时水深为20～40m，水流速度要不大于2m/s，风速不大于20m/s。另外在非工作时，水流速度要不大于5m/s，承受的最大风速为55m/s。对于打桩导向能力而言，其直径为6.0m～8.5m，水平调整能力为±0.5m（专指油缸伸缩方向），纠编能力 200t（单油缸作用力）。

表1 涂装要求

4.3 主要部件

单桩稳桩平台的主要部件包含稳桩平台结构、油缸导向装置、定位桩、平台挂索、扶梯平台、液压系统以及电气系统等。（1）对于单桩稳桩平台结构，上部是导向架结构，主体是一个24m×23m×12m的空间立方体桁架结构。下部是立柱结构，是钢管焊接的桁架结构。最后在平面下层铺设防沉板以保证稳桩平台结构整体放入海底后的稳定。（2）对于油缸导向装置一共有8套，在平台的上下两层各布置4套。其中的4件油缸行程为2m，另外的4件油缸行程是1m。（3）另外，油缸导向装置与底座通过螺栓连接，底座螺栓孔预留孔位，用于油缸导向装置的移位安装。油缸导向装置通过放置于下部平台上的液压站提供动力和控制作业。同层的4套抱桩油缸即可同步动作也可单独动作，开闭油缸和插拔销油缸均为单独动作，无联动作业工况，高低位抱桩器配备视频监控设施。（4）对于定位桩，它是一种钢板卷制的焊管。其中直径为2.5m，主要材质为Q355B。为了保障施工人员的安全，需要安装辅助设施，在下部平台及上层抱箍四周设置栏杆。（5）对于电气及液压这种控制系统，将临时桩顶部和稳桩平台采用挂索的装置进行连接。对于电脑操作的操控台、配备高清显示屏幕，各类打桩作业数据、监控画面实时显示，打桩作业时，在操控台显示器上可看到钢管桩倾斜仪传感器显示的数据、可显示抱箍油缸位移传感器的位移数据，可看到打桩作业高低位抱桩器视频监控画面。

4.4 防腐

对于稳桩平台结构，在运行中需要考虑防腐的问题。要求所有钢管两端必须严格焊接密封。在封闭箱梁内部，要在封闭前涂装环氧富锌防锈底漆两道，并且要求厚度不得小于 70 μm。对于钢结构的外表面，需按表1所示体系涂装。

5.小结

风电产业作为全球最为热门的可再生清洁能源发电产业之一，它对国家的经济发展和社会进步都具有举足轻重的地位。通过加大基础设施的建设力度，强化政策对风电产业的支持力度，整合风电产业链，来促进风电产业的自主创新，提升风电产业的自身运营管理水平。严格把控风电项目的工程质量，动态管理风电工程的施工情况，在经济收益不断提高的基础上，获得生态效益，让风电工程项目成为高效、质量好并且可以有序管理的国家重点工程。单桩稳桩平台的使用为海上打桩施工提供了可靠的技术支持，在保证施工安全的前提下，提高了打桩的经济效益，为发展风电产业做出一定的贡献。