2023年5月8日,海上風(fēng)電船舶前沿技術(shù)研討會在廣東省汕頭市舉行。大會由中國可再生能源學(xué)會風(fēng)能專業(yè)委員會(CWEA)主辦,汕頭市風(fēng)能協(xié)會承辦,中鐵大橋局集團有限公司、大金重工股份有限公司協(xié)辦,并得到中交第三航務(wù)工程局有限公司與3M的大力支持。汕頭擁有優(yōu)異的風(fēng)能稟賦、豐富的場址資源、良好的區(qū)位優(yōu)勢,正通過加強產(chǎn)業(yè)協(xié)同,打造汕頭國際風(fēng)電創(chuàng)新港。其中,不僅包括全球首個在一個產(chǎn)業(yè)園區(qū)內(nèi)聚集從風(fēng)電整機與關(guān)鍵零部件,到檢驗檢測實驗室和大型科研裝置等完整產(chǎn)業(yè)鏈的“四個一體化”的風(fēng)電產(chǎn)業(yè)集群,也在建設(shè)面向全球的海上風(fēng)電裝備及服務(wù)出口、運維、施工建設(shè)基地的風(fēng)電母港和海工裝備制造產(chǎn)業(yè)園,打造國字號工程施工企業(yè)和船隊。此次會議在汕頭舉行,引起了全球風(fēng)電行業(yè)的廣泛關(guān)注。來自中國、挪威、荷蘭等國家政府部門代表,以及國內(nèi)外海上風(fēng)電開發(fā)企業(yè)、海上風(fēng)電工程技術(shù)科研機構(gòu)、海上風(fēng)電施工與運維龍頭企業(yè)、船舶設(shè)計與建造企業(yè)的嘉賓參加了此次會議。
中鐵大橋局新能源工程指揮部總工程師、教授級高工孫國光在題為“海上風(fēng)電場施工技術(shù)及安全探討”的演講中表示,海上風(fēng)電施工有著多種特點,要在智能建造、安全監(jiān)控、施工船的安全管理,以及防臺的安全管理上做文章。
中鐵大橋局新能源工程指揮部總工程師、教授級高工孫國光
以下為孫國光演講的主要內(nèi)容:
海上風(fēng)電是我國“十四五”規(guī)劃乃至2035年遠景目標(biāo)的重點產(chǎn)業(yè),同時也是實現(xiàn)雙碳目標(biāo)以及產(chǎn)業(yè)升級的重要手段,尤其在2021年的“搶裝潮”之后,中國的海上風(fēng)電逐步向深遠海、大容量和基地化的方向發(fā)展。面臨的挑戰(zhàn)和問題這給我們帶來了一些問題和挑戰(zhàn)。
因為離岸距離越來越遠,自然環(huán)境更加惡劣,施工環(huán)境更加惡劣;基礎(chǔ)以及風(fēng)電機組容量更加大型化;合適的施工裝備比較緊缺,即便是2021年以來打造了很多裝備,但是這些裝備集中在今年以及明年投產(chǎn)使用;價格成本給各方施工帶來很大的壓力。
針對當(dāng)前海上風(fēng)電場面臨的挑戰(zhàn)和問題,可從以下四個方面考慮:
1,加強產(chǎn)業(yè)融合。產(chǎn)業(yè)和產(chǎn)業(yè)之間可以相互借鑒,比如橋梁和風(fēng)電之間,風(fēng)電和石油之間有一些技術(shù)是相通的,可以發(fā)揮產(chǎn)業(yè)鏈集團的優(yōu)勢。
2,從智能化建造上進行創(chuàng)新。對基地規(guī)劃進行思考,在設(shè)計一體化上、管理產(chǎn)業(yè)化上以及施工智能化運維的智慧化上進行總體的把控。
3,打造可靠的、適應(yīng)相應(yīng)海域的施工裝備。比如技術(shù)施工船舶,還有適用于深遠海的風(fēng)電安裝船舶。
4,持續(xù)不斷創(chuàng)新。海上風(fēng)電項目離岸越來越遠,越來越深,光靠打造船舶不能一勞永逸,還要持續(xù)創(chuàng)新,通過基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式的創(chuàng)新,施工工藝的創(chuàng)新,材料的創(chuàng)新,從整體上解決問題。
深遠海施工技術(shù)
對于未來的深遠海施工技術(shù)推廣應(yīng)用,有一些觀點值得思考。在基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)形式上,2021年“搶裝潮”之后,大部分招標(biāo)項目都是單樁基礎(chǔ),因為它的建設(shè)成本和施工周期相對可控,招標(biāo)建設(shè)的單樁技術(shù)已經(jīng)發(fā)揮到了極致,但是隨著水深來到40米以上,單機容量來到10兆瓦以上,單樁受到限制,未來深遠海的基礎(chǔ)還是以導(dǎo)管架基礎(chǔ)主為。
針對嵌巖如何解決,原先大多是大型單樁或者是高樁承臺,但是經(jīng)過實踐之后,這兩種基礎(chǔ)實際上在施工過程中不是特別可控,尤其在工期上,所以嵌巖式導(dǎo)管架基礎(chǔ)是未來應(yīng)用的一個趨勢。
針對大容量風(fēng)電機組的安裝,主要通過打造新一代安裝平臺,加大吊高,加長支腿來解決,施工上考慮標(biāo)準(zhǔn)化的施工,信息化、數(shù)字化以及智能化的建造。實際上,四樁導(dǎo)管架基礎(chǔ)型式相對比較成熟,下面是四根鋼樁,上面是一個導(dǎo)管架基礎(chǔ),中間通過灌漿段連接成整體,受力相對比較合理,也比較穩(wěn)固。
施工方式上,現(xiàn)在經(jīng)過幾個風(fēng)電場的大規(guī)模建設(shè),施工工藝比較成熟,通過導(dǎo)向架的定位進行翻樁、插樁,最后進行吊打,然后安裝導(dǎo)管架進行灌漿連接。在福建、廣州地區(qū),經(jīng)常會有一些嵌巖基礎(chǔ)施工,原來是應(yīng)用高樁承臺多一些,但通過廣東粵電陽江項目推廣應(yīng)用了嵌巖導(dǎo)管架基礎(chǔ),效果顯著,質(zhì)量上得到保證,尤其在工期上更為可控。它的基礎(chǔ)型式跟四樁導(dǎo)管架一樣,只是增加了嵌巖樁的施工。整個施工流程比四樁導(dǎo)管架多了一個插拔鋼護筒過程,有兩種形式,一個是直接芯柱嵌巖;另一個是在工廠內(nèi)進行整體的預(yù)制鋼樁,現(xiàn)場進行植樁,更為可控,節(jié)省了現(xiàn)場混凝土的施工工序,對施工質(zhì)量、施工工期都有保障。
這種方法在粵電陽江項目上應(yīng)用后,我們認(rèn)為,嵌巖導(dǎo)管架在應(yīng)對嵌巖基礎(chǔ)施工中,值得推廣應(yīng)用。
還有一種基礎(chǔ)型式,是吸力式導(dǎo)管架基礎(chǔ)。2021年以來,這種基礎(chǔ)經(jīng)過幾個風(fēng)電場的應(yīng)用,顯現(xiàn)出一定的優(yōu)勢。因為基礎(chǔ)的鋼結(jié)構(gòu)制造都是在鋼結(jié)構(gòu)廠進行加工完成,現(xiàn)場只需起重船吊裝,通過吸力下沉全部到位。根據(jù)設(shè)計院的不同設(shè)計理念、長徑比的不同分為兩種形式,一種叫窄深型,另一種叫寬淺型,實際上都是通過這種鋼樁或者鋼筒的形式沉到海床,形成一個密閉空間。
當(dāng)時三峽長樂外海項目,15套吸力式導(dǎo)管架的鋼結(jié)構(gòu)加工都在鋼結(jié)構(gòu)廠完成,通過大型的運輸船運到現(xiàn)場,15套一共只運輸了3次,集中加工,集中現(xiàn)場安裝,施工效率很高??紤]到現(xiàn)在吸力式導(dǎo)管架已經(jīng)做到100米,未來適用于70米水深可能會做到120米,這對吊船的吊高要求會更高。我們正在研究分體制造和分體安裝,現(xiàn)在這個技術(shù)還在研究過程中,如果可行的話,可適應(yīng)的吊裝船會更多。
大型裝備的必要性
2021年“搶裝潮”之前,安裝的風(fēng)電機組基本上在7兆瓦以內(nèi),搶裝潮期間批量化安裝了10兆瓦的風(fēng)電機組,現(xiàn)在基本上都在10兆瓦以上,開始批量化安裝13兆瓦的產(chǎn)品。5月份,我們會安裝第一臺16兆瓦的風(fēng)電機組。
隨著風(fēng)電機組容量不斷加大,輪轂中心也上升至150米,這對三種基礎(chǔ)類型的安裝工藝和安裝船舶要求會越來越高。2021年以來建造的新一代風(fēng)電安裝船超過30艘,將集中在今年年底或者明年年初下水施工。
中鐵大橋局也打造了一艘安裝船。從參數(shù)上來看,腿長有131米,適用于70米水深安裝25MW風(fēng)電機組,在未來的風(fēng)電機組安裝過程中會起到非常重要的作用。
于此同時,相關(guān)信息顯示,如果水深70米,覆蓋層厚度到40米,那么130米腿長的風(fēng)電安裝船也不能滿足要求,不可能再加長腿長,而再造一批腿長150米的風(fēng)電安裝船,這樣的話又是一種資源浪費。
一種創(chuàng)新思路是,使用一種半潛駁來整體安裝風(fēng)電機組,把構(gòu)件整體運到現(xiàn)場,然后在船上拼成整體進行安裝。國外有一艘“塞班號”,吊裝能力很大,利用吊裝船的吊高和小水線面的作業(yè)優(yōu)勢進行現(xiàn)場的浮態(tài)安裝,這種方式也有可能在深遠海得到應(yīng)用。
中鐵大橋局的技術(shù)團隊結(jié)合橋梁主塔爬模的一些技術(shù),思考利用爬升和活動支架的技術(shù),如果這種安裝方式得到解決,風(fēng)電機組的輪轂加機艙可以在平臺面進行安裝,然后整體爬升,對吊船的吊高要求大大降低。
針對未來海上風(fēng)電需要的施工裝備,實際上海上風(fēng)電施工船的需求量很大,主要是基礎(chǔ)施工船舶和風(fēng)電安裝船比較重要,后期也需要運維船以及一些輔助船。
目前有幾種類型的基礎(chǔ)施工船舶,其中一種是小水線面的半潛平臺船。這種船有兩臺吊機,對四樁的管架施工優(yōu)勢比較大,而且受海浪的影響非常小,未來應(yīng)對深遠海施工比較有利。
第二種是以三峽的“烏東德號”為代表的3000噸到5000噸的基礎(chǔ)施工船舶,全長在180米左右。這種施工船型可能會在未來基礎(chǔ)施工過程中得到廣泛的應(yīng)用。
第三種是固定臂架式吊裝船。這種固定臂的吊船的一大優(yōu)勢是起重的損失非常小,基本與設(shè)定的數(shù)值一致。
綜上所述,海上風(fēng)電施工有著多種特點,管理上需要注意的地方也很多。主要是施工作業(yè)環(huán)境特別惡劣,大型吊裝特別多,施工風(fēng)險特別大,施工船的選擇要配套,要通過選擇合理的施工窗口期進行施工,協(xié)調(diào)的難度比較大。針對這些特點,要在智能建造、安全監(jiān)控、施工船的安全管理,以及防臺的安全管理上做文章,結(jié)合智能吊裝、風(fēng)浪流監(jiān)測以及進度管理和物資管理打造智能建造的平臺。
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