"東海大橋":中國海上風(fēng)電風(fēng)向標(biāo)

　　東海大橋海上風(fēng)電項目是我國進行的一次海上風(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。上海勘測設(shè)計承擔(dān)了該項目的設(shè)計。 回顧項目設(shè)計之初的情況，上海勘測設(shè)計院總工程師陸忠民談到了東海大橋風(fēng)電場建設(shè)的三大疑問：一是風(fēng)電場的設(shè)計，我們能不能做？二是整機設(shè)備，我們能不能提供？三是風(fēng)電場施工安裝，我們能否完成？陸忠民強調(diào)，“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(fēng)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(fēng)電場的設(shè)計？能！上勘院給予了回答。當(dāng)然，這個過程并非一帆風(fēng)順。中國海上風(fēng)電場所處環(huán)境和氣候條件與歐洲截然不同，因此沒有現(xiàn)成經(jīng)驗可以借鑒，只有在摸索中不斷改進和優(yōu)化設(shè)計。”陸忠民強調(diào)，“在實際的施工過程中，對可研報告中的微觀選址、基礎(chǔ)選型和技術(shù)設(shè)計等子項都進行了修正和改進。”

　　第一，風(fēng)電場微觀選址。東海大橋海上風(fēng)電場總裝機容量為10萬kW，根據(jù)項目業(yè)主招標(biāo)文件確定的風(fēng)電場場址范圍，風(fēng)電場場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)電場的場址有了，但是要進行項目建設(shè)，還需要進行微觀選址，這是至關(guān)重要的一步，是經(jīng)受實際考驗的環(huán)節(jié)。陸忠民向記者介紹，按照最初方案，風(fēng)電機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(fēng)電場東側(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)電場用海矛盾突出。在確定風(fēng)電場的具體位置的過程中，綜合考慮東海大橋東側(cè)場址可利用海域面積大，單機容量較大的機組在這一側(cè)海域即可完全布置，又可減少電纜、施工方面的費用，也有利于風(fēng)電場運行管理和場址資源綜合利用乃至風(fēng)電場今后的擴容。通過設(shè)備方面的調(diào)研和招標(biāo)，項目確定利用3MW風(fēng)電機組，在東海大橋東側(cè)海域建設(shè)整個10萬kW的風(fēng)電場。選址在東海大橋東側(cè)海域的唯一缺點是不能避開航道穿越問題，需要在基礎(chǔ)設(shè)計時特別考慮。

　　第二，風(fēng)電場基礎(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，也有采用不用樁的重力系統(tǒng)基礎(chǔ)。“我們對這些基礎(chǔ)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(chǔ)形式受通航孔過往船舶非正常航行撞擊風(fēng)險的承受力進行了比較。據(jù)可研報告，風(fēng)電場海域原屬于可通航水域，來往船只較多。風(fēng)電場建成后，由于風(fēng)電場場址區(qū)域使用權(quán)是按風(fēng)電機組機位點征用，風(fēng)電場為非封閉管理區(qū)域，存在船舶進入風(fēng)電場的可能。其中有9臺風(fēng)電機組位于東海大橋3#1000噸級船舶通航孔兩側(cè)，最近的一臺機組距離通航孔僅30m，受船舶撞擊的風(fēng)險較大。風(fēng)電機組塔架為典型高聳結(jié)構(gòu)，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(cè)的9臺風(fēng)電機組，采取在每臺機組周圍設(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(shè)計原則和方式與通航孔側(cè)的防撞樁相同，不同的是按照200噸級船舶防撞設(shè)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(shè)置適當(dāng)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(dǎo)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(chǔ)，基其直徑要做非常大才滿足要求，但這是風(fēng)電場安裝條件上不允許的。同時，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，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，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(chǔ)周圍做一個防船撞擊的外圍，而這個投資也是很可觀的。經(jīng)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(chǔ)是鋼筋混凝土承臺，上面是塔筒。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)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(chǔ)可能的撞擊問題。這個基礎(chǔ)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(chǔ)的危害，對整個結(jié)構(gòu)也是有利的。

　　第三，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計。陸忠民說，“風(fēng)電機組基礎(chǔ)設(shè)計本身就是一件非常復(fù)雜的工程，而海上風(fēng)電機組基礎(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，其設(shè)計就更加復(fù)雜，涉及到上部風(fēng)電機組和下部支撐體系在結(jié)構(gòu)方面的靜力和動力分析，設(shè)計過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，受力相對比較復(fù)雜，需要通過相關(guān)模型試驗，進一步測量作用在基礎(chǔ)上的荷載的情況。

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