練繼建：海上風電新型基礎結構與高效建造技術探討

     

      以下為發言內容：

      連繼建：各位領導，各位專家、女士們、先生們，我發言的題目是“海上風電新型基礎結構與高效建造技術”，我們的基礎結構跟建造技術占了海上風電的成本接近接近50%，我把我們團隊近些年來對這兩個方面的探索跟各位報告一下。

      今天跟各位匯報的有四個方面：

      一、國內外海上風電高效建造技術發展。

      二、筒型基礎與整體浮運安裝技術。

      三、超大直徑單樁風電基礎施工技術。

      四、全潛式浮式風電的高效建造技術。

      我們國家海上風電開發存在以下三個方面不利因素：一是強太放，二是軟地基，三是施工窗口期短，這些主要是相對于歐洲的水平來說的。這樣三個情況造成了極限風速據統計比歐洲高2倍，地基平均承載率水平僅為歐洲1/2到1/3，施工窗口期短，像波羅地海平均施工周期200多天，中國南海平均施工周期只有100多天，別的國家同樣的建造技術在我們中國是不能盈利的，我們要開發新型的海上風電基礎結構研發獨特高效的建造技術是我們降低建造成本的關鍵。

      我們基礎結構可以有很多種，包括筒型基礎、單樁、重力式基礎、導管架基礎、多腳架基礎，每種基礎施工的效率是不一樣的，固定技術筒型基礎是最高的可以實現整體式的安裝，單樁基礎結構施工效率也是比較高的，浮式的現在做的還比較少，我們也在探索全潛式一步式安裝方式?；A結構在傳統基礎上中國有一些創造發明，一個是以華東院搞的無過渡段基礎結構大大節省了工程投資提高了工程效率，還有就是針對海上風電單樁基礎抗水平度控制不好，考慮樁筒結合，當時主要是針對美國五大湖是跟美國合作研究的，為水平控制不住考慮的基礎結構形式。中國基礎結構上有兩個創新，一個是上勘院做的多樁平臺式基礎，還有就是天津大學跟華東院、三峽新能源合研究的復合筒型基礎，還有全潛式飄浮基礎。按照占比的角度還是單樁做主流，現在筒型基礎這個數字有點錯，真正建成現在有16臺，現在設計采用明天還有30多臺，在歐洲主要是單樁基礎是主流的，從施工方法來看主要是有兩大類，一個是分布式安裝或者是分體式安裝，一個是整機安裝，整機安裝就是把基礎、塔筒跟風機整個一體化安裝，我們團隊跟三峽、道達、華東院率先研究了復合筒型基礎與一步式安裝技術，這個技術實現了一體化安裝，安裝已經有16臺。

      這是一體化安裝的視頻，是把基礎、結構一體化安裝，真正運輸到現場以后從風機的結構跟船體脫離以后一般都是一天內完成安裝，真正路途是6到8個小時就完成安裝，一天可以1臺機?，F在美國有一個公司開發重力式基礎，這個也做了一臺試驗樣機的安裝，所有這些基礎結構實現一步式安裝都是用基礎柱深的浮穩性安裝，還做了伸縮式的混凝土筒。還有就是SPT與美國特拉華的概念設計是三筒式的安裝，這個我們也研究過但是最后放棄了，因為它的浮穩性不行，在試驗和模擬的時候很差，還有就是很難調頻，主要是因為這兩個原因沒有做。荷蘭也有一步式混合式重力基礎的設計，現在來看整體式安裝成了趨勢。

      筒型基礎與整體浮運安裝技術，第一臺筒型基礎是在啟東2.5MW的風機，當時沒有實現一步式安裝，主要考慮承載力行不行，到現在為止十幾級臺風都非常安全，入土只有5米是全混凝土結構的。在響水做了兩臺試驗樣急，是三峽畢總的支持下安裝了兩臺試驗風機，這是鋼混組合的風機，安裝精度最高可達0.3‰，從江蘇南部一直拖航到響水，這個距離有幾百海里。還有在大豐做了13臺，11臺是3.3MW，有2臺是6.45MW，2臺6.45MW是一次脫航運過去的，控制精度都小于0.8‰，這個還是很成功的。我們將來面對福建海壇淺水，有32臺要實施。針對廣東海域不同水深的，包括桂山有深厚淤泥層、陽江深水基礎的我們也設計了多種結構，淤泥的就特別軟，我們也考慮結合簡易的地基處理方式看看這個基礎結構能不能推出去。

      已功課的幾個關鍵技術，一個是結構組合結構技術，鋼混組合結構怎么優化它的受力這種結構體系的突破，從響水到大豐用鋼量包括到廣東的用鋼量都是在700噸以下，剛才張總說了我們單樁用鋼量一般6兆瓦以上是在1700、1800噸算是比較好的。

      批量預制的技術，這個預制技術也突破了。還有一個很重要的是整體式浮運的技術，就是如何控制船舶跟浮運的穩性，如果在波浪條件下它也是有很大的風險，我們在十幾臺運輸的過程中唯一有一次遇到了東海長浪，陣風加速度在短時段是超標的。

      整體下沉和精細調頻的技術，這個技術我們現在有專門的設備，一般下沉的時間是6到8個小時，可以控制在遣返之一的安裝精度，這個技術我們在其他更復雜的海域用，比如說2.0版還需要突破以下的一些技術，這個是抗震的技術。

      結構形式的優化，包括從一筒到多筒到適用于深水結構的，包括樁筒結合，以筒為基礎加上短樁的技術?，F在預制靈活性不夠，將來在哪有海域我們在海上預制技術也需要突破。幾十米水深一步式沉放的技術也是我們下一步需要突破的，現在在實驗室內已經突破了。還有一個是厚壁下沉技術，這是全混凝土，這個更省鋼了，這個技術突破造價會進一步降低，2.0版有這幾項技術需要突破。

      下面講一下超大直徑單樁風電基礎施工技術，這個是跟華電重工合作一起研制的技術，單樁優勢主要跟導管架比在很大程度上有優勢，現在我們主要做了三項技術，第一個是風浪流荷載作用下垂直度精準控制技術，第二個是防止溜樁的技術，第三個是施工高效專用的技術。垂直度的控制很重要要解決的是在打樁過程中動態控制的問題，我們也做了機理性的研究，研究樁、土、風浪流、抱樁扶正結構動態耦合的作用機制，解決打洞下非線性土壓力的算法，這個算法算清楚了我們就可以得出來在不同垂直度條件下樁上部的頂推力和入土深度的定量關系，為樁的頂推力的動態控制提供理論依據。

      我們編成了一套軟件控制系統，自動推力的控制系統正好可以實時調控垂直度的水平，現在打單樁也能夠控制在1‰以內，這個還是比國際標準3‰高。另外一個是溜樁提前預判和防控技術，溜樁是在層層地基上軟硬相間的地基上，如果控制不 好很容易產生溜樁，我們研究連續打樁周土體強度衰減機理，把衰減的指數體系和分段模型提出來，現在我們有一項發明專利是把樁、土、錘耦合溜樁預判與沉樁參數精準控制技術做出預判，可以判斷出溜樁區間和真正控制沉樁的時間包括錘能量的輸出這樣防止溜樁，經過調控以后沒有發生過溜樁。這是船舶性能的調配問題，包括防樁觸的評估，包括船舶的優化調控。我們做了很多工程，包括中電投的重要的工程。

      下面講一下全潛式風電的高校建造技術，超過50米以上的水深要考慮用浮式基礎，目前也是也是造價很高，另外就是橫搖縱搖，這也是遵循復合筒型基礎的理念，在岸邊預制完一體化浮到現場，一步式安裝。樁一般是先打下去錨鎖先掛上，到現場一結合就成功了，拉到水面以下。

      這是做的一些實驗，為什么叫全潛式的，它相當于半潛式，半潛式主要的問題是表面風浪荷載很大，橫搖縱搖控制很難，拉到波浪影響區域外我們做了全潛式，基礎風機也是拖航一系列的試驗。拉下去以后耦合動力性能我們也做了一些試驗，做了系統的一些理論分析，垂蕩、橫搖、縱搖都比全潛式更好。這個是拋磚引玉的東西，總體還是性能良好。以上是我的匯報，謝謝各位。（根據演講速記整理，未經演講人審核）