深远海风电基础形式建设探讨

创新观察
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深远海风电基础形式建设探讨
王志伟
（中海油能源发展股份有限公司清洁能源分公司，天津 300452）
1.发展海上风电的意义
在人类生活的地球上，海洋总面积大约为3.61亿平方公里，占到了整个地总面积的70.8%。

海洋是人类赖以生存的摇篮，与人类生活息息相关，紧密相连。

而海上风能也是一种取之不尽用之不竭的清洁能源，正在被人类大力开发和利用。

海上风电的开发和利用最明显的优势在于其具有可再生性，而且污染性低等优点。

1991年，丹麦建成了世界上第一座海上风电场Vindeby 风电厂项目并开始运行，直到2017年拆除，运行了25年之久。

随后，英国、德国、美国其它国家也逐步的把海上风电场建设推广起来。

2.目前国内海上风电发展现状及趋势
中国有1.8万公里的海岸线，而在这漫长的海岸线上，又蕴藏了丰富的风资源。

2008年9月，上海东海大桥10万千瓦海上风电场示范项目建设开工，拉开了中国海上风电场建设的序幕。

国内海上风电虽然起步比较晚，但发展势头迅猛，这十多年来，从滩涂、浅海区域在逐步向更深海推进。

在浅水区，特别是潮差带区域，由于受水深较浅、软淤泥层厚度、施工设备操作困难等不利因素影响，参考港工水工建设模式，采用高桩承台式风机基础或单桩式风机基础，在这两种基础应用过程中，单桩式风机基础的优势越来越明显，特别是水深在10米左右到30米左右范围内，具有造价低，施工比较容易等明显优势。

另外，风机基础在风电场项目建设中的费用比例大约在15%左右，导管架式基础还要更高一些，这样，在风电场建设项目管理当中，基础形式对于整个风电场的投资以及费控问题都是非常重要的。

渤海地区包括河北、天津、辽宁等沿海地区以高桩承台式基础和单桩式基础为主，因地处北方，冬季局部会受到海冰影响，这也是考虑影响风机基础形式的因素之一；山东省北部海域以单桩基础为主，胶东半岛东部及南部的部分较深水域采用导管架式基础；江苏省的海域比较辽阔，特别是滩涂潮差带区域较多，这些浅水区一般采用高桩承台式基础，或单桩、复合筒；浙江、福建、广东沿海的风电场风机基础多采用高桩承台式基础、单桩式基础或桩式/负压筒式导管架，浙江沿海地区的海床表层淤泥较厚，福建海域的一些区域有岩石，需要打嵌岩桩，并且东南沿海每年会有台风影响，这些不利因素也直接影响到风电场风机基础的结构形式及强度等，深水、台风、浪高、地震、嵌岩等因素对风机基础的结构形式影响非常大，也存在很多的技术难题需要攻坚克难。

截止至2019年，国内已有14座海上升压站吊装完毕，已建成各型基础900余座，其中无过渡段单桩基础500余座，负压、重力式、导管架基础均有应用，海上风电安装施工技术已较为成熟。

现如今，广东地区最深的风电场已经发展到了45米左右，而且已经不再是单桩式风机基础了，改用了导管架式风机基础。

随着水深的加大，各种各样的难题也就随之而来。

导管架式风机基础，在结构建造方面，对建造技术、建造场地、吊机及运输车辆等大型机械设备、工人的技能水平等都提出了更高的要求。

一个导管架式风机基础的重量从六七百吨到一千三四百吨不等，因水深等因素影响而差异很大。

从钢板下料到钢管卷制，要求卷板机、铣边机、吊车、运输板车等大型设备在精度、加工能力等方面都有更高的要求，而且为控制项目投资成本，还要加强管控，提高效率。

一般情况下，一个海上风电场有多少台风机就会有多少个风机基础（极个别的特殊基础除外），以一个300MW 的风电场为例，一般在40至70个左右，这么多的风机基础，在码头装船及海上运输都是问题，而且直接影响到海上风电场建设施工、投产及费用控制等问题。

随着海上风电场开发建设的推动，风场资源也逐步加深，风机基础也就相应地从最初期的高桩承台式基础到单桩式基础再到导管架式基础等，随着水深的逐步加大，基础结构也逐步加强。

目前，国内海上风电场水深一般介于10米至45米之间，多数以单桩式基础为主，在40米以上水域已经开始使用导管架式基础了，这样，从结构建造成本、海上运输、海上施工安装等各项风电场
建设成本也逐步增加了。

3.未来风机基础的演变趋势
海上风电基础形式是受水域深度、风，机、海况条件等因素影响的，在保障风机安全正常运行的前提下，综合考虑各方面影响因素及建设成本的要求，风机基础下一步会朝着导管架式基础、漂浮式基础发展。

一个海上风场一般有40至70台风机构成（各个风电场的情况各异，数目不等），这样大批量的风机基础运输及海上安装所需气候窗也很长，这就给海上施工造成了非常大的难度，再加上技术要求高、离岸距离远、海况气候条件恶劣等不利因素的影响，因此，对于深远海海上风电场建设来说，风机基础的形式、建造工艺、运输方式、海上安装工艺、施工船的选配、施工工期的选择等等各项因素都要综合考虑。

船舶是海上风电场建设过程中不可或缺的重要资源之一，无论是现场基础施工还是风机基础运输都需要大量的工程船舶投入，这也是与风机基础相关的一项占比很大的费用，而且占用工期长，因此，风机基础直接关系到风电场投资开发建设成本。

导管架式基础发展到一定程度，费用、风险、难度等因素也相应加大，就会逐步被漂浮式风机基础所替代，所谓漂浮式风机基础目前已经在欧洲的一些国家研制并试用，相信在不久的将来，国内的风电产业也会迎头赶上，也会有更多形式的风机基础被设计研发出来并投入使用。

4.结论
我国的东南沿海海域风资源丰富，海面100米高度层年平均风速可达7米/秒以上，有些海域甚至可达8—9米/秒或以上，有效风能密度在300瓦/平方米以上，甚至可到750瓦/平方米，为清洁可再生能源提供了非常好的发展空间。

全球能源转型的基本趋势是实现石化能源体系向低碳能源体系转变，最终进入以新能源为主的绿色低碳能源时代。

风能也正在一步步被人类开发和利用，海洋风能未来海上风电发展的前景还很漫长，还有许多的技术问题有待解决和提高，风机基础作为海上风电场建设不可或缺的一部分还有待于逐步研究、改进和提高，期待海上风电产业变得越来越好。