"東海大橋":中國海上風電風向標

　　東海大橋海上風電項目是我國進行的一次海上風電建設的全面示范，稱之為海上風電建設“基礎性工作”毫不為過。上海勘測設計承擔了該項目的設計。 回顧項目設計之初的情況，上海勘測設計院總工程師陸忠民談到了東海大橋風電場建設的三大疑問：一是風電場的設計，我們能不能做？二是整機設備，我們能不能提供？三是風電場施工安裝，我們能否完成？陸忠民強調，“因為在此之前，我國根本沒有做過這些工作，對于中國到底能不能做海上風電項目，大家心里都打了一個大大的問號。” “我們能不能做出風電場的設計？能！上勘院給予了回答。當然，這個過程并非一帆風順。中國海上風電場所處環境和氣候條件與歐洲截然不同，因此沒有現成經驗可以借鑒，只有在摸索中不斷改進和優化設計。”陸忠民強調，“在實際的施工過程中，對可研報告中的微觀選址、基礎選型和技術設計等子項都進行了修正和改進。”

　　第一，風電場微觀選址。東海大橋海上風電場總裝機容量為10萬kW，根據項目業主招標文件確定的風電場場址范圍，風電場場址可布置于東海大橋兩側，距岸線8km—13km范圍的上海海域內。風電場的場址有了，但是要進行項目建設，還需要進行微觀選址，這是至關重要的一步，是經受實際考驗的環節。陸忠民向記者介紹，按照最初方案，風電機組布置于東海大橋東側和西側兩邊海域。后期選址中，發現風電場的微觀選址受周邊條件的約束比較多。東海項目所在的南匯蘆潮港為上海市海底管線集中登陸點之一，通信、電力、油氣、LNG等海底管線和通航航道密集。風電場東側有LNG的海底管線，還有一條1000噸的航道穿越，北側有光電纜區域，南側則涉及到浙江的海域，因此風電場用海矛盾突出。在確定風電場的具體位置的過程中，綜合考慮東海大橋東側場址可利用海域面積大，單機容量較大的機組在這一側海域即可完全布置，又可減少電纜、施工方面的費用，也有利于風電場運行管理和場址資源綜合利用乃至風電場今后的擴容。通過設備方面的調研和招標，項目確定利用3MW風電機組，在東海大橋東側海域建設整個10萬kW的風電場。選址在東海大橋東側海域的唯一缺點是不能避開航道穿越問題，需要在基礎設計時特別考慮。

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

　　上勘院還特別對這些基礎形式受通航孔過往船舶非正常航行撞擊風險的承受力進行了比較。據可研報告，風電場海域原屬于可通航水域，來往船只較多。風電場建成后，由于風電場場址區域使用權是按風電機組機位點征用，風電場為非封閉管理區域，存在船舶進入風電場的可能。其中有9臺風電機組位于東海大橋3#1000噸級船舶通航孔兩側，最近的一臺機組距離通航孔僅30m，受船舶撞擊的風險較大。風電機組塔架為典型高聳結構，對水平撞擊比較敏感，必須防止船舶的直接撞擊。

　　因此，上勘院在可研報告中考慮了兩方面的防撞方案：一是對1000噸級通航孔兩側的9臺風電機組，采取在每臺機組周圍設置5根直徑2.5m防撞鋼管樁，管樁周圍設置橡膠護航，每根樁之間以兩道錨相連的防撞措施；二是對通航孔以外的機組，防撞設計原則和方式與通航孔側的防撞樁相同，不同的是按照200噸級船舶防撞設計，每臺機組周圍的5跟防撞鋼管為直徑1.2m。

　　但在實際的施工過程中，防撞方案改為鋼筋混凝土承臺降低到一個合適位置，并在機組外圍設置適當防護，如此一來，船舶即使撞擊到混凝土承臺，其撞擊力也有一定減弱，通過混凝土承臺，可將撞擊力傳導至下部的多樁承臺，減弱對整機的影響。

　　陸忠民解釋，假如采用單樁基礎，基其直徑要做非常大才滿足要求，但這是風電場安裝條件上不允許的。同時，船舶撞擊到單樁基礎上，有可能直接將塔筒撞偏。而如果連接多樁基礎和塔筒的不是鋼筋混凝土承臺，而采用導管架基礎，船舶直接撞擊在基礎結構的桁架上或支腿上，如此一來，就要求每個桁架或支腿的要做得很強，才能抵抗住船舶的撞擊，而這個投入是非常高的。如果不做強支腿，也可在基礎周圍做一個防船撞擊的外圍，而這個投資也是很可觀的。經過研究，最終我們選擇了多樁承臺的形式，下面打8個樁，連接機組的基礎是鋼筋混凝土承臺，上面是塔筒。這種結構的優勢是，一方面較好地解決了軟土地基的問題，另一方面有效解決了通航孔中船舶對基礎可能的撞擊問題。這個基礎形式可以把混凝土承臺降到一個相對合適的位置，使船舶撞擊的時候不會撞到底下的樁基，也不會撞到上面的塔筒。船舶撞在混凝土承臺上，撞擊力馬上就通過整個樁臺傳到下面的多樁承臺上，減少了撞擊對基礎的危害，對整個結構也是有利的。

　　第三，基礎結構設計。陸忠民說，“風電機組基礎設計本身就是一件非常復雜的工程，而海上風電機組基礎結構具有重心高、承受的水平風力和傾覆彎矩較大等受力特點，其設計就更加復雜，涉及到上部風電機組和下部支撐體系在結構方面的靜力和動力分析，設計過程中還需要充分考慮離岸距離、海床地質條件、海上風、浪以及海流、冰等外部環境影響。”

　　據了解，目前國外應用的海上風電基礎從結構型式上主要有重力固定式、支柱固定式和浮置式基礎。歐洲的海上風電場采用的基礎一般是鋼結構或混凝土技術，而東海大橋海上風電場采用的是鋼結構和混凝土互相混合的結構，因此應力比較復雜，受力也很復雜，需要進行大量的結構分析工作。另外，海浪作用在這種復雜基礎結構上，受力相對比較復雜，需要通過相關模型試驗，進一步測量作用在基礎上的荷載的情況。

　　潮汐對基礎周圍海床的沖刷也是一項考慮的重要問題。“因為機組基礎是一個多樁基礎，在整個區域里漲落潮影響下，基礎周圍的海床會受到沖刷，這個沖刷深度是多少，我們做了相關研究，包括做了相關的物理模型試驗，為今后風電場安全運行起到最大的保證作用。”陸忠民說。