"東海大橋":中國(guó)海上風(fēng)電風(fēng)向標(biāo)

　　東海大橋海上風(fēng)電項(xiàng)目是我國(guó)進(jìn)行的一次海上風(fēng)電建設(shè)的全面示范，稱之為海上風(fēng)電建設(shè)“基礎(chǔ)性工作”毫不為過(guò)。上海勘測(cè)設(shè)計(jì)承擔(dān)了該項(xiàng)目的設(shè)計(jì)。 回顧項(xiàng)目設(shè)計(jì)之初的情況，上海勘測(cè)設(shè)計(jì)院總工程師陸忠民談到了東海大橋風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)的三大疑問(wèn)：一是風(fēng)電場(chǎng)的設(shè)計(jì)，我們能不能做？二是整機(jī)設(shè)備，我們能不能提供？三是風(fēng)電場(chǎng)施工安裝，我們能否完成？陸忠民強(qiáng)調(diào)，“因?yàn)樵诖酥埃覈?guó)根本沒(méi)有做過(guò)這些工作，對(duì)于中國(guó)到底能不能做海上風(fēng)電項(xiàng)目，大家心里都打了一個(gè)大大的問(wèn)號(hào)。” “我們能不能做出風(fēng)電場(chǎng)的設(shè)計(jì)？能！上勘院給予了回答。當(dāng)然，這個(gè)過(guò)程并非一帆風(fēng)順。中國(guó)海上風(fēng)電場(chǎng)所處環(huán)境和氣候條件與歐洲截然不同，因此沒(méi)有現(xiàn)成經(jīng)驗(yàn)可以借鑒，只有在摸索中不斷改進(jìn)和優(yōu)化設(shè)計(jì)。”陸忠民強(qiáng)調(diào)，“在實(shí)際的施工過(guò)程中，對(duì)可研報(bào)告中的微觀選址、基礎(chǔ)選型和技術(shù)設(shè)計(jì)等子項(xiàng)都進(jìn)行了修正和改進(jìn)。”

　　第一，風(fēng)電場(chǎng)微觀選址。東海大橋海上風(fēng)電場(chǎng)總裝機(jī)容量為10萬(wàn)kW，根據(jù)項(xiàng)目業(yè)主招標(biāo)文件確定的風(fēng)電場(chǎng)場(chǎng)址范圍，風(fēng)電場(chǎng)場(chǎng)址可布置于東海大橋兩側(cè)，距岸線8km—13km范圍的上海海域內(nèi)。風(fēng)電場(chǎng)的場(chǎng)址有了，但是要進(jìn)行項(xiàng)目建設(shè)，還需要進(jìn)行微觀選址，這是至關(guān)重要的一步，是經(jīng)受實(shí)際考驗(yàn)的環(huán)節(jié)。陸忠民向記者介紹，按照最初方案，風(fēng)電機(jī)組布置于東海大橋東側(cè)和西側(cè)兩邊海域。后期選址中，發(fā)現(xiàn)風(fēng)電場(chǎng)的微觀選址受周邊條件的約束比較多。東海項(xiàng)目所在的南匯蘆潮港為上海市海底管線集中登陸點(diǎn)之一，通信、電力、油氣、LNG等海底管線和通航航道密集。風(fēng)電場(chǎng)東側(cè)有LNG的海底管線，還有一條1000噸的航道穿越，北側(cè)有光電纜區(qū)域，南側(cè)則涉及到浙江的海域，因此風(fēng)電場(chǎng)用海矛盾突出。在確定風(fēng)電場(chǎng)的具體位置的過(guò)程中，綜合考慮東海大橋東側(cè)場(chǎng)址可利用海域面積大，單機(jī)容量較大的機(jī)組在這一側(cè)海域即可完全布置，又可減少電纜、施工方面的費(fèi)用，也有利于風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行管理和場(chǎng)址資源綜合利用乃至風(fēng)電場(chǎng)今后的擴(kuò)容。通過(guò)設(shè)備方面的調(diào)研和招標(biāo)，項(xiàng)目確定利用3MW風(fēng)電機(jī)組，在東海大橋東側(cè)海域建設(shè)整個(gè)10萬(wàn)kW的風(fēng)電場(chǎng)。選址在東海大橋東側(cè)海域的唯一缺點(diǎn)是不能避開(kāi)航道穿越問(wèn)題，需要在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)特別考慮。

　　第二，風(fēng)電場(chǎng)基礎(chǔ)選型。東海大橋東側(cè)海域平均水深比西側(cè)低0.5m-1m，但總體水深仍在10m以上，施工條件惡劣。歐洲已建風(fēng)電場(chǎng)多采用單樁基礎(chǔ)，也有多樁形式的。另外，在水深較淺、海床較好的風(fēng)電場(chǎng)，也有采用不用樁的重力系統(tǒng)基礎(chǔ)。“我們對(duì)這些基礎(chǔ)形式都進(jìn)行了研究比較，例如在東海施工的可能性、投資大小等。”陸忠民說(shuō)。

　　上勘院還特別對(duì)這些基礎(chǔ)形式受通航孔過(guò)往船舶非正常航行撞擊風(fēng)險(xiǎn)的承受力進(jìn)行了比較。據(jù)可研報(bào)告，風(fēng)電場(chǎng)海域原屬于可通航水域，來(lái)往船只較多。風(fēng)電場(chǎng)建成后，由于風(fēng)電場(chǎng)場(chǎng)址區(qū)域使用權(quán)是按風(fēng)電機(jī)組機(jī)位點(diǎn)征用，風(fēng)電場(chǎng)為非封閉管理區(qū)域，存在船舶進(jìn)入風(fēng)電場(chǎng)的可能。其中有9臺(tái)風(fēng)電機(jī)組位于東海大橋3#1000噸級(jí)船舶通航孔兩側(cè)，最近的一臺(tái)機(jī)組距離通航孔僅30m，受船舶撞擊的風(fēng)險(xiǎn)較大。風(fēng)電機(jī)組塔架為典型高聳結(jié)構(gòu)，對(duì)水平撞擊比較敏感，必須防止船舶的直接撞擊。

　　因此，上勘院在可研報(bào)告中考慮了兩方面的防撞方案：一是對(duì)1000噸級(jí)通航孔兩側(cè)的9臺(tái)風(fēng)電機(jī)組，采取在每臺(tái)機(jī)組周圍設(shè)置5根直徑2.5m防撞鋼管樁，管樁周圍設(shè)置橡膠護(hù)航，每根樁之間以兩道錨相連的防撞措施；二是對(duì)通航孔以外的機(jī)組，防撞設(shè)計(jì)原則和方式與通航孔側(cè)的防撞樁相同，不同的是按照200噸級(jí)船舶防撞設(shè)計(jì)，每臺(tái)機(jī)組周圍的5跟防撞鋼管為直徑1.2m。

　　但在實(shí)際的施工過(guò)程中，防撞方案改為鋼筋混凝土承臺(tái)降低到一個(gè)合適位置，并在機(jī)組外圍設(shè)置適當(dāng)防護(hù)，如此一來(lái)，船舶即使撞擊到混凝土承臺(tái)，其撞擊力也有一定減弱，通過(guò)混凝土承臺(tái)，可將撞擊力傳導(dǎo)至下部的多樁承臺(tái)，減弱對(duì)整機(jī)的影響。

　　陸忠民解釋，假如采用單樁基礎(chǔ)，基其直徑要做非常大才滿足要求，但這是風(fēng)電場(chǎng)安裝條件上不允許的。同時(shí)，船舶撞擊到單樁基礎(chǔ)上，有可能直接將塔筒撞偏。而如果連接多樁基礎(chǔ)和塔筒的不是鋼筋混凝土承臺(tái)，而采用導(dǎo)管架基礎(chǔ)，船舶直接撞擊在基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的桁架上或支腿上，如此一來(lái)，就要求每個(gè)桁架或支腿的要做得很強(qiáng)，才能抵抗住船舶的撞擊，而這個(gè)投入是非常高的。如果不做強(qiáng)支腿，也可在基礎(chǔ)周圍做一個(gè)防船撞擊的外圍，而這個(gè)投資也是很可觀的。經(jīng)過(guò)研究，最終我們選擇了多樁承臺(tái)的形式，下面打8個(gè)樁，連接機(jī)組的基礎(chǔ)是鋼筋混凝土承臺(tái)，上面是塔筒。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)是，一方面較好地解決了軟土地基的問(wèn)題，另一方面有效解決了通航孔中船舶對(duì)基礎(chǔ)可能的撞擊問(wèn)題。這個(gè)基礎(chǔ)形式可以把混凝土承臺(tái)降到一個(gè)相對(duì)合適的位置，使船舶撞擊的時(shí)候不會(huì)撞到底下的樁基，也不會(huì)撞到上面的塔筒。船舶撞在混凝土承臺(tái)上，撞擊力馬上就通過(guò)整個(gè)樁臺(tái)傳到下面的多樁承臺(tái)上，減少了撞擊對(duì)基礎(chǔ)的危害，對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)也是有利的。

　　第三，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。陸忠民說(shuō)，“風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)設(shè)計(jì)本身就是一件非常復(fù)雜的工程，而海上風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)具有重心高、承受的水平風(fēng)力和傾覆彎矩較大等受力特點(diǎn)，其設(shè)計(jì)就更加復(fù)雜，涉及到上部風(fēng)電機(jī)組和下部支撐體系在結(jié)構(gòu)方面的靜力和動(dòng)力分析，設(shè)計(jì)過(guò)程中還需要充分考慮離岸距離、海床地質(zhì)條件、海上風(fēng)、浪以及海流、冰等外部環(huán)境影響。”

　　據(jù)了解，目前國(guó)外應(yīng)用的海上風(fēng)電基礎(chǔ)從結(jié)構(gòu)型式上主要有重力固定式、支柱固定式和浮置式基礎(chǔ)。歐洲的海上風(fēng)電場(chǎng)采用的基礎(chǔ)一般是鋼結(jié)構(gòu)或混凝土技術(shù)，而東海大橋海上風(fēng)電場(chǎng)采用的是鋼結(jié)構(gòu)和混凝土互相混合的結(jié)構(gòu)，因此應(yīng)力比較復(fù)雜，受力也很復(fù)雜，需要進(jìn)行大量的結(jié)構(gòu)分析工作。另外，海浪作用在這種復(fù)雜基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)上，受力相對(duì)比較復(fù)雜，需要通過(guò)相關(guān)模型試驗(yàn)，進(jìn)一步測(cè)量作用在基礎(chǔ)上的荷載的情況。

　　潮汐對(duì)基礎(chǔ)周圍海床的沖刷也是一項(xiàng)考慮的重要問(wèn)題。“因?yàn)闄C(jī)組基礎(chǔ)是一個(gè)多樁基礎(chǔ)，在整個(gè)區(qū)域里漲落潮影響下，基礎(chǔ)周圍的海床會(huì)受到?jīng)_刷，這個(gè)沖刷深度是多少，我們做了相關(guān)研究，包括做了相關(guān)的物理模型試驗(yàn)，為今后風(fēng)電場(chǎng)安全運(yùn)行起到最大的保證作用。”陸忠民說(shuō)。