6月8-9日，由北極星電力網(wǎng)、北極星風(fēng)力發(fā)電網(wǎng)主辦的“迎風(fēng)向海，邁入深藍(lán)——第三屆海上風(fēng)電創(chuàng)新發(fā)展大會(huì)”成功召開，上海勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司新能源設(shè)計(jì)研究院項(xiàng)目經(jīng)理王李吉做了《深遠(yuǎn)海復(fù)雜環(huán)境的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與思考》演講分享。

他表示，我國(guó)海上風(fēng)電場(chǎng)環(huán)境條件具有鮮明的復(fù)雜性和多樣性，隨著單機(jī)容量&基礎(chǔ)尺寸越來越大，海上風(fēng)電的規(guī)模化發(fā)展，深遠(yuǎn)海更面臨著很多新問題。固定式基礎(chǔ)在平價(jià)條件下深遠(yuǎn)海風(fēng)電設(shè)計(jì)思考主要有一體化設(shè)計(jì)、波浪力研究、高強(qiáng)材料應(yīng)用、導(dǎo)管架優(yōu)化、鋼管樁優(yōu)化、基礎(chǔ)浮運(yùn)研究等六個(gè)方面。

上?？睖y(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司新能源設(shè)計(jì)研究院王李吉

發(fā)言整理如下：

我的分享主要分以下幾個(gè)方面：

一、復(fù)雜環(huán)境及基礎(chǔ)選型

二、海上風(fēng)電發(fā)展趨勢(shì)

三、深遠(yuǎn)海復(fù)雜環(huán)境設(shè)計(jì)研究

四、平價(jià)條件下深遠(yuǎn)海設(shè)計(jì)思考

五、展望

一、復(fù)雜環(huán)境及基礎(chǔ)選型

中國(guó)沿1.8萬公里大陸海岸線的各海域氣象、海洋水文、工程地質(zhì)等海上風(fēng)電場(chǎng)環(huán)境條件差異很大，與歐洲海上風(fēng)電場(chǎng)相比，我國(guó)海上風(fēng)電場(chǎng)環(huán)境條件具有鮮明的復(fù)雜性和多樣性。

首先是深厚軟土，其次是淺覆蓋層，第三是臺(tái)風(fēng)的影響，從基礎(chǔ)設(shè)計(jì)走向中遠(yuǎn)海，臺(tái)風(fēng)的影響對(duì)整個(gè)機(jī)組設(shè)計(jì)是至關(guān)重要的。第四是沖刷的影響，這是以后要考慮的一個(gè)重要因素，特別是長(zhǎng)江口或者珠江口等地整個(gè)流速的影響，導(dǎo)致沖刷影響還是比較嚴(yán)重的。第五部分是海冰的影響，根據(jù)國(guó)內(nèi)風(fēng)電場(chǎng)的規(guī)劃，在遼寧、天津、山東等地，都面臨著海上風(fēng)電海冰的影響。

首先臺(tái)風(fēng)，在此不做展開說明。臺(tái)風(fēng)是極限載荷的影響，這種情況下要考慮風(fēng)機(jī)上設(shè)置一個(gè)柴油發(fā)電機(jī)的備用電源作為一個(gè)前提條件。備用電源在深遠(yuǎn)海條件下能否及時(shí)啟動(dòng)，很大程度上影響了基礎(chǔ)的安全，這在深遠(yuǎn)海基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中是一個(gè)重要的考慮因素。

第二是海冰的設(shè)計(jì)研究。我國(guó)中遠(yuǎn)海地區(qū)，海冰影響是非常嚴(yán)重的。

針對(duì)以上前提，上海院在北方部分海上風(fēng)電場(chǎng)設(shè)計(jì)中，進(jìn)行了一些針對(duì)性的理論研究，包括數(shù)字模擬以及試驗(yàn)。提出了一系列的解決方案，主要是抗冰的解決方案，在北方風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)上采取破冰結(jié)構(gòu)，解決整個(gè)海冰區(qū)風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)問題。

第三，在整個(gè)復(fù)雜環(huán)境下有沖刷的影響，尤其是單樁沖刷對(duì)于整機(jī)安全影響非常之大。

在江蘇有些風(fēng)場(chǎng)整個(gè)沖刷會(huì)達(dá)到10m左右，設(shè)計(jì)院在做防沖刷方案的時(shí)候，通常會(huì)預(yù)留沖刷深度，包括采用固化土技術(shù)，后續(xù)有一些壓縮材料等新型材料技術(shù)?？偟膩碚f，比如說在30m左右的水深，有單樁應(yīng)用場(chǎng)景的，還是會(huì)重點(diǎn)考慮一些防沖刷方案，這也是對(duì)整個(gè)風(fēng)電開發(fā)成本造價(jià)影響非常大的因素之一。

第四，非常重要的，也是我國(guó)比較特有的淺覆蓋層設(shè)計(jì)條件——巖基埋深非常淺。海上風(fēng)電的固定式基礎(chǔ)會(huì)采用打入樁基的技術(shù)，我們?cè)诟＝ㄅd化灣和廣東陽江做了很多嵌巖工程，過程中可能會(huì)發(fā)生很多不可預(yù)見的問題。

勘測(cè)手段只是一個(gè)孔的覆蓋，很難判斷整個(gè)巖面的起伏，在施工過程中經(jīng)常會(huì)碰到打到一定高度后發(fā)生卷邊的問題。淺覆蓋層的地質(zhì)條件，這在固定式基礎(chǔ)設(shè)計(jì)里面也是一個(gè)非常頭疼的邊際條件。

針對(duì)以上這些困難的地質(zhì)條件，包括外部的臺(tái)風(fēng)、沖刷的不利，我們會(huì)針對(duì)這些邊際條件進(jìn)行初步選型，近海高樁承臺(tái)用得比較多，單樁作為一個(gè)比較經(jīng)濟(jì)實(shí)惠、施工簡(jiǎn)單的基礎(chǔ)形式在深遠(yuǎn)海用得較多。

另外用得比較多的是導(dǎo)管架吸力桶，從傳輸設(shè)備到施工成本以及適用條件，考慮的還是打入式導(dǎo)管架，這對(duì)于整體淺覆蓋層條件有比較高的要求。在深遠(yuǎn)海環(huán)境下，盡量還是通過導(dǎo)管架吸力桶或者單筒復(fù)合筒，不需要打樁作業(yè)以及海上灌漿作業(yè)，通過抽負(fù)壓的形式，把整個(gè)基礎(chǔ)相當(dāng)于座落在海床上面，再完成上面的風(fēng)機(jī)吊裝。

二、海上風(fēng)電發(fā)展趨勢(shì)

這對(duì)于風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)提出比較大的挑戰(zhàn)，從《“十四五”規(guī)劃》我們國(guó)家對(duì)于海上風(fēng)電規(guī)劃可以看出，規(guī)劃的水深是越來越深的，無論是從北方的遼寧到天津，再到廣東、廣西、福建和海南，規(guī)劃的水深基本上很多都達(dá)到60~70m，這樣的條件下，漂浮式基礎(chǔ)已經(jīng)有一定的經(jīng)濟(jì)性，包括應(yīng)用的場(chǎng)景也越來越多了。但是我國(guó)目前的一些船機(jī)設(shè)備，包括制作廠、一些工藝，整體還是處于為固定式基礎(chǔ)服務(wù)的狀態(tài)?；谶@樣的條件下，固定式應(yīng)用前景還是比較大的。

隨著水深越來越深，會(huì)體現(xiàn)很多新問題，包括大容量風(fēng)機(jī)的運(yùn)用對(duì)于基礎(chǔ)設(shè)計(jì)來說是一個(gè)非常大載荷的影響，包括疲勞載荷和極限載荷。同時(shí)，大容量風(fēng)機(jī)，因?yàn)檎w的重量非常重，導(dǎo)致風(fēng)電機(jī)組+整體頻率降低。此外逐漸走向深遠(yuǎn)海，面臨波浪增大的問題也越來越多。

海上風(fēng)電政策發(fā)展，離岸10公里、水深超過10公里，隨著風(fēng)電的發(fā)展，從趨勢(shì)上來說可能越來越走向遠(yuǎn)海，后面也存在變成“雙30”規(guī)定的趨勢(shì)。這個(gè)政策還沒有完全發(fā)布，但是從行業(yè)判斷來說，肯定是往深遠(yuǎn)海方向走。

第三，風(fēng)電行業(yè)開發(fā)從獨(dú)立建設(shè)到集中連片建設(shè)，對(duì)于海纜的降本增效是非常有好處的，根據(jù)上海院測(cè)算，整體規(guī)?；霈F(xiàn)以后，單位千瓦投資降幅8~11%。

海上風(fēng)電發(fā)展趨勢(shì)，裝機(jī)容量越來越大，基礎(chǔ)尺寸越來越大，導(dǎo)管架整個(gè)尺寸達(dá)到2000噸量級(jí)，水深越來越深。

三、深遠(yuǎn)海復(fù)雜環(huán)境設(shè)計(jì)研究

深遠(yuǎn)海施工成本比較高，在前期就會(huì)進(jìn)行一些磁法、地形測(cè)量和地質(zhì)剖面的測(cè)量。國(guó)外主要是把鉆探作為主要的測(cè)量，主要是海床和井下兩種，我們通常針對(duì)深遠(yuǎn)海主要還是采用井下式CPT。

首先，針對(duì)深遠(yuǎn)海，應(yīng)用場(chǎng)景較多的是大直徑單樁、導(dǎo)管架和導(dǎo)管架吸力筒，當(dāng)大直徑單樁走向深遠(yuǎn)海，主要難點(diǎn)就在于制造。

導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)難度較大的是對(duì)管樁連接，隨著深遠(yuǎn)海的推進(jìn)，導(dǎo)管架制作精度很難滿足要求，包括現(xiàn)場(chǎng)打樁，所以我們進(jìn)行試驗(yàn)研究，可以看出整體強(qiáng)度還是有一定折減的，這也是制約海上導(dǎo)管架的因素。

第二，隨著水深越來越深，如果一旦發(fā)生結(jié)構(gòu)和波浪共振，對(duì)于整個(gè)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度有非常大的影響。

第三，一體化設(shè)計(jì)方法，針對(duì)30m以下，可以降低工程量達(dá)到10%以上。但是針對(duì)30m以上大容量風(fēng)機(jī)，測(cè)算發(fā)現(xiàn)，一體化設(shè)計(jì)手法，對(duì)于整體工程量下降并沒有很大影響，主要體現(xiàn)在水面以上，包括上部導(dǎo)管架節(jié)點(diǎn)，可能有較大的優(yōu)化。但是因?yàn)橄虏康墓?jié)點(diǎn)受海浪的影響比較大，所以對(duì)于下部節(jié)點(diǎn)甚至于有反向工程量的增加。

導(dǎo)管架吸力筒，最重要的就是下沉的內(nèi)容，我們結(jié)合在廣東區(qū)域、北方區(qū)域下沉的經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行數(shù)值的模擬，結(jié)合國(guó)外的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，修正以后發(fā)現(xiàn)整個(gè)公式對(duì)于評(píng)估黏土還是高估了下沉阻力，對(duì)于沙土還是低估了下沉阻力。

防腐手段變化，從外加電流的防護(hù)手段，隨著距離越來越遠(yuǎn)，保證整個(gè)防腐結(jié)構(gòu)安全。

運(yùn)維結(jié)構(gòu)也提出了新的挑戰(zhàn)，運(yùn)維母船通常會(huì)設(shè)計(jì)一個(gè)波浪補(bǔ)償懸梯，外加一個(gè)波浪補(bǔ)償懸梯接口。

四、平價(jià)條件下深遠(yuǎn)海設(shè)計(jì)思考

首先是波浪力研究，波浪力占比大，計(jì)算與實(shí)際存在偏差，我們采用勢(shì)流理論和物理模擬試驗(yàn)。

高強(qiáng)材料應(yīng)用，對(duì)于整機(jī)過渡帶，特別是一些應(yīng)力提升的地方有較高的提升，整體過渡帶優(yōu)化可以達(dá)到8%。

單樁優(yōu)化，作為一個(gè)相對(duì)偏剛性樁狀態(tài)，基于此，可以進(jìn)行優(yōu)化。

導(dǎo)管架優(yōu)化，提出模塊化需求，針對(duì)遠(yuǎn)海，國(guó)外通常會(huì)對(duì)一些疲勞比較敏感的節(jié)點(diǎn)位置采用一些鑄造件要求，對(duì)于提升整個(gè)疲勞壽命是非常有幫助的。據(jù)測(cè)算，如果采用鍛造件或者鑄造件，整體導(dǎo)管架主結(jié)構(gòu)工程量可以下降2~3%左右。

鋼管樁優(yōu)化，海上風(fēng)電裝機(jī)計(jì)算，基于近海港口工程理論，結(jié)合場(chǎng)區(qū)靜力初探對(duì)比，基于常規(guī)的有所提升，這對(duì)后續(xù)裝機(jī)優(yōu)化還是有好處的。

五、展望

后面也是一個(gè)融合發(fā)展的方向，包括風(fēng)+漁業(yè)、風(fēng)+光伏、風(fēng)+波浪，上海院都有相應(yīng)的課題進(jìn)行研究，包括后期數(shù)字化的趨勢(shì)，以后的設(shè)計(jì)肯定是考慮數(shù)字孿生，會(huì)有仿真的設(shè)計(jì)，包括后面施工數(shù)字化監(jiān)測(cè)工程、后期運(yùn)行期監(jiān)測(cè)的數(shù)字化工程，都是以后的發(fā)展方向。

我的主要介紹就是以上內(nèi)容，謝謝大家！

（根據(jù)速記整理，未經(jīng)發(fā)言人審核）