浙江省首个海上风电项目建设实践

文|徐勇

作者供职于国电电力浙江舟山海上风电公司

工程打造了可复制、客推广、可借鉴的海上风电示范标杆，对海上风电、海洋战略与海洋资源开发都有着重要意义。

国电舟山普陀6号海上风电场2区工程是国家能源集团深入贯彻落实习近平总书记海洋强国战略思想，发展绿色能源、推动海洋经济的重要建设项目，是我国首个在强台风、厚淤泥海域建成的海上风电场，荣获2020～2021年度第一批国家优质工程金奖。

该项目为浙江省首个海上风电项目，总装机容量252MW，2017年3月开工，2019年5月全部投产。截至2020年8月31日，已累计发电12.04亿千瓦时。项目每年可减少煤炭消耗24万吨、二氧化碳排放量61万吨、二氧化硫排放量4378吨、氮氧化物1751吨，每年可节约用水210万m3。放流鱼苗1.6亿尾，风机基础形成人工鱼礁，集鱼效果明显，优化了海洋生态环境，促进了舟山海岛旅游业，带动了当地经济发展，社会和经济效益显著。

工程条件

本工程所在海域的海况条件复杂，具有“厚淤泥、大涌浪、强台风”的特点，对设计、施工和调试提出了严峻挑战。

（1）厚淤泥

工程处于长江口南侧淤泥厚积区域，海床地质条件差，海底表层分布15～40m流塑状淤泥，初始结构强度差、易扰动触变、高灵敏性、高孔隙比、高压缩、低强度等特性，并具有一定的蠕变性、流动性及在波浪等荷载往复作用下的软化特性。表层淤泥含水量一般为63%，平均液限41%左右，塑限22%左右，风电机组基础和海上升压站基础的选型与优化设计及建造施工面临极大的困难。

（2）大涌浪

工程场区波长分级频率主要集中在5 0 m～9 0 m之间，9 5 m～15 0 m波长分级频率统计为5.5%。潮流总体流速一般为1.7m/s，最大流速为2.14m/s，具有较强的旋转性。风电场建设所需的打桩船、起重船、搅拌船、多功能驳等主要船舶的船长均在100m以内，船长小于波长，同时涌浪作用频繁，常浪浪高为1～2m，长波强涌作用下施工船舶的横摇大于7°，纵摇大于3°，摇晃幅度均较大，施工期内受到不利海况条件影响时间达60%以上，年可作业天数仅为120天左右。

（3）强台风

工程场区处于强台风海域，根据大数据显示，1949-2018年，共有43个台风登陆浙江。台风在浙江的登陆地点非常集中，最常扑向台州、温州、宁波等中南部沿海城市。69年来，43个登陆浙江的台风中，33个为“一手台风”，10个为二次登陆。登陆浙江省的最强台风为2006年第8号台风“桑美”，登陆时风力为17级。在2011年观测期间有两次台风（“米雷”和“梅花”）过境影响到本工程区域，实测最大波高Hmax分别达到8.76m和10.75m，对应有效波高Hs分别为5.24m和6.44m。工程建成后成功抵御了包括2019年“利奇马”在内的数个超强台风的正面冲击。

高桩高承台基础结构

设计优化及技术路线

（1）风电机组选型与布置优化

结合风电机组性能特点，充分考虑建设规模、场区边界、主导风向和主风能方向等因素，通过对风电机组的选型和布置优化、发电量计算，以及整个工程项目的经济性评价，最终确定了63台风机垂直主导风向方向两排带状布置的方案，确保了每一台风机发挥最大出力水平，实现了风机可利用小时的最大化。

（2）基础型式选型与优化设计

风电机组基础以及海上升压站基础选型与优化设计过程中，充分考虑风、浪、流、工程地质等海洋环境因素以及风电机组等主要电气设备的正常运行要求，经过技术经济比选，锁定了基础型式。风机基础全部采用八桩高桩高承台基础型式，有效降低波浪对承台的冲击与浮托力，通过数轮设计优化，基础钢管桩由2m优化至1.6m，合并钢筋混凝土承台相关优化，单台基础造价降低约300万元。海上升压站基础采用斜桩导管架型式，与上部组块之间通过“三短一长”桩柱连接，解决了升压站吊装定位的技术难题，3000吨海上升压站一次性吊装到位。

（3）安装方案确定

风电机组吊装通常有分体吊装和整体吊装两种方式，对于分体吊装，通常采用自升式支腿船，本工程场区海床表面淤泥层较厚，根据计算，自升式支腿船的桩腿入泥深度需要达到34m才能满足本工程风电机组安装施工时对起重平台船的承载力要求。项目开工前，国内可满足该要求的自升式起重平台船较少，为满足工程工期目标、海域施工工况、基础结构特点等要求，风机安装最终选用海上整体安装方案，即塔筒、机舱、轮毂、叶片在陆上组装完成，整体运输至机位处吊装安装，有效减少了海上施工作业时间、降低了作业安全风险，更有利于组织标准化组装作业、保障风电机组组装质量。为保障整体吊装，项目先行在舟山六横小郭巨建设了后方基地，基地至普陀6号风电场航线约12海里，海上航程在3小时以内，后方基地场区开阔，建有码头泊位和后方堆场，各项功能齐全。

普陀6号风电场

建设亮点

（1）国内首创“大涌浪、厚淤泥”海域风机基础设计成套技术

针对本工程海洋环境特点，开展了“大涌浪、厚淤泥”海域风机基础优化课题研究，在结合试桩资料的基础上，创新性地提出了“高桩高承台改进型”风机基础型式。其每座风机基础由8根φ1600mm钢管桩（钢桩斜度5:1，平均桩长99米）、φ14.2m高性能混凝土承台组成。承台为现浇海工混凝土结构，底标高为+12.5m，顶标高为+16.3m，承台厚度3.8m。该方案通过优化钢桩结构，在保证结构安全的同时，将承台底高程设置在最大波高以上，避免了风机基础受到的波浪浮托力和冲击力，大幅削减了风机基础工程量，使单个风机基础造价大幅降低。该课题相关研究成果已获得中施企协科技进步一等奖、中国电力创新一等奖、专利3项。

（2）自创“长波静对静施工平台”技术

从施工工艺和现场作业情况分析，动对动吊装工效最低，静对动和动对静次之，静对静最高。在海况、风况等自然条件无法改变的情况下，从优化吊装工艺入手，尽量向静对静吊装靠拢，是提高承台作业工效的一个有效途径。在此基础上，提出了“长波静对静作业平台”施工方案。该方案在风机承台附近增设了一个过渡平台，一方面作为设备、材料及人员的中转平台，另一方面实现了静对静吊装作业，将海上施工转变为“陆上施工”，提高了施工效率。据统计，普陀6号共投入8座长波静对静作业平台，累计节省工期约2个月，提升海上作业工效约20%，获中施企协优秀质量管理成果奖。

（3）国内首创“负重拖航式海上风机整体吊装”技术

风机整体吊装方案，一般是在风机组拼码头完成风机各部件组装，并通过风机专用运输驳运至指定机位，最后利用大型起重船完成整体安装。由于现场涌浪较大，风机运输驳会产生左右摇摆及上下起伏，且起重船吊钩晃动幅度较大，造成挂钩困难，严重制约了海上整体吊装。在深入研究现场海况、海域特点的基础上，提出了“负重拖航式风机海上整体吊装”施工方案。与原方案相比，该方案将风机挂钩起吊地点从对应机位调整至大蚊虫岛附近海域（该海域靠近陆地，且周围有岛屿遮挡，涌浪较小），起吊挂钩完成后整体拖航至指定机位，完成吊装作业。“负重拖航式风机海上整体吊装”方案的顺利实施，大幅提高了风机安装效率，创下了单月单船吊装风机8台的记录，获水利工程协会优秀质量管理成果一等奖、专利3项。

（4）国内首创“海上升压站抗台百分百大孤岛”技术

普陀6号所处海域为台风多发地区，在台风过境时有可能出现电网故障失电的情况。在该情况下，如风电场没有后备电源，风机将无法自动偏航，风机载荷可能超过容许的极限载荷，从而造成风机损坏。针对该情况，在配置抗台型风机的基础上，实施了“海上升压站抗台百分百大孤岛”技术。该方案在海上升压站配置了两台1200kW的柴油发电机组，作为风电场应急电源。当台风过境期间出现电网失电情况时，两台柴发将会为整个风电场的63台风机提供偏航电源，确保风机安全进入台风模式；同时，柴发还能为风机提供必要的除湿加热电源，确保风电场失电期间的设备防腐安全。“海上升压站抗台百分百大孤岛”方案的顺利实施，大幅提高了普陀6号风电场的抗台能力，成功抵御了“利奇马”等数个超强台风的正面冲击，推广示范应用效果显著，获国家专利。

（5）国际首创“基于风机变流器无功补偿运行方式的带负荷试验”技术

带负荷试验作为风机受电的一个重要环节，一般在线路带电以后，投入一定量的用户产生相应负荷及电流来进行测试；或者在一些特殊情况下采用“假负荷”接入，即利用外接电容器组来充当母线系统的用户。实际施工过程中，当海上升压站及风机承台具备登临操作带负荷试验条件时，往往天气、海况条件优越，风速相对较低，此时若通过风机实际运行产生的负荷来进行测试，需要等待窗口，人员需长时间在海上等待负荷提升，安全风险较大；另由于海上升压站的地理位置特殊，通常离岸距离在10公里以上，且其内部空间紧凑，无法像常规陆上变电站一样采用临时电容器组接入的方法来进行测试。因此，如何在海上升压站受电启动期间做带负荷试验，已成为该领域技术人员亟需解决的技术问题。针对该问题，研发并使用了“基于风机变流器无功补偿运行方式的海上风电工程受电启动带负荷试验”方法。该方法无需额外的设备，仅利用风机本身变流器实现试验负荷的调节，可控性强、成本低、操作简单、可靠性高，降低了后期机组并网试验的风险，使单台风机并网时间缩短约50%，获国家发明专利。

该工程目前已荣获国家优质工程金奖、中国电力优质工程、国家级工程建设项目绿色建造设计水平评价一等成果、优秀设计一等奖、科技进步奖4项、发明专利6项、实用新型专利10项、质量管理成果奖8项、优秀专利奖1项、工法1项、软件著作权4项、其他奖项5项，参编行业标准4项，出版著作1部，发表论文30余篇。

工程建成标志着我国掌握了强台风、厚淤泥海域海上风电建设的领先技术，促进了新装备、新工艺、新技术的研发升级，打造了可复制、可推广、可借鉴的海上风电示范标杆工程，对提高海洋资源开发能力，培育壮大海洋战略性新兴产业，推进我国海上风电建设迈入世界领先水平、大幅提升中国企业国际竞争力、实现碧水蓝天中国梦贡献巨大。