筑牢海上風電走向深藍的"基礎"

回顧我國海上風電機組的發展歷程，從單機容量1.5兆瓦到8兆瓦并網發電，用了13年時間；而從8兆瓦機組到16兆瓦機組，僅用了3年左右。如今，單機容量18兆瓦海上風電機組已經在廣東完成吊裝，海上風電機組大型化速度正在加快。

俗話說，“基礎不牢，地動山搖。”單機容量邁入新的數量級，并非機組的簡單放大，而是新材料、新工藝和新技術的全面研發與應用，特別是對海上風電基礎的挑戰愈加突出。

據了解，海上風電機組重量每增加1噸，基礎部分增加的重量就要超過10噸。“以全球首臺投入商業運行的單機容量16兆瓦海上風電機組為例，它的機艙、發電機組合體重達385噸，每一只葉片重54噸，為了支撐它平穩運行，該機組的重量接近2000噸。在機組滿發狀態下，風電機組基礎要承受相當于1000輛越野車同時把油門踩到底時所爆發出的扭矩。”三峽集團上海院新能源土建施工設計院工程師陳立舉例說。

海上風電基礎主要是塔筒及風電機組的支撐結構，是海上風電三大系統之一。以我國第一座海上風電場——上海東海大橋海上風電示范項目為例，當時能借鑒的基礎結構就是歐洲海上風電使用的單樁基礎式。但是，項目所在區域的海底以軟土地基為主，如果使用單樁基礎式，就像“一根筷子插到豆腐里”，穩定性無法滿足要求。

負責上海東海大橋海上風電示范項目設計的三峽集團上海院勇當“吃蟹第一人”，首創使用“長腿螃蟹”方案——高樁混凝土承臺基礎型式，將8根80多米長、直徑1.7米粗的鋼管斜著打入海底，隨后在8根鋼管上澆筑一個直徑14米的混凝土承臺，再將風電機組整體起吊至承臺上，完成安裝。

“這種設計不僅解決了軟土地基承載力不足的問題，更適應了當時國內海上風電基礎施工與設備技術的行業發展。如今，這種高樁混凝土承臺基礎型式已經運用在國內已建和在建的各個風電場站。”“國家卓越工程師”稱號獲得者、三峽集團上海院總工程師林毅峰說道。

自東海大橋海上風電示范項目開始起步，經過十幾年的高質量發展，我國海上風電裝機容量如今已超過3600萬千瓦。“十四五”期間，我國規劃了山東半島、長三角、閩南、粵東、北部灣五大千萬千瓦級海上風電基地，各地出臺的海上風電發展規劃規模已達8000萬千瓦，極大推動了海上風電產業發展。與海上風電一同“長大”的還有海上風電基礎。

中國海油研究總院院長米立軍表示，在近淺海，常通過架設深入海底的鋼管或者導管架來固定風電機組，但在深遠海，這種結構的基礎變得過于龐大，性價比將大打折扣。“漂浮式基礎可以打破作業水深和海底固定安裝條件的限制，有效拓展深遠海風能資源開發。”

三峽陽江沙扒海上風電場被譽為“海上風電基礎博物館”，由于這里地質條件復雜多變，風電場采用了包括高樁承臺基礎、導管架樁基礎、單樁基礎、吸力筒基礎和漂浮式基礎等8種風電機組基礎型式。全球首個抗臺風型漂浮式風電機組及基礎平臺——“三峽引領號”就在這里。

“三峽引領號”，位于離岸28公里，水深30米處，一臺高度超百米的風電機組屹立在三角結構的漂浮平臺上，基礎平臺用錨系與海底鏈接，讓浮體與風電機組“漂”在海面上，保證風電機組即使在臺風來臨時也“不沉”“不倒”“不跑”。

“不沉，秘訣暗藏在整個浮體中，浮體被分了幾十個空倉，有的倉有水、有的倉沒水，通過調壓載水，維持浮力與1000多噸的風電機組重力平衡；不倒，需通過一個復雜的數學模型來計算分析，即便平臺傾角達到10度甚至15度，風電機組整體也能通過一系列調整恢復如初；不跑，則通過系泊系統來實現，它就是牢牢抓住‘風箏’的那根線。”林毅峰介紹道。

作為我國東北嚴寒地區首個海上風電項目，三峽集團大連莊河Ⅲ海上風電場所在海域，冬天時的海冰厚度達十幾厘米，在海面風大浪急時，海冰撞擊海上風電基礎，產生安全隱患。為了解決這樣的問題，林毅峰團隊在我國北方第一個海上風電場——河北樂亭海上風電場開始學習、研究、解決海冰對海上風電基礎的撞擊問題。

河北樂亭海上風電場勘測設計前期工作恰逢多冰期，這給前期工作帶來極大困難。“我們也想到了能否借鑒歐洲經驗，但他們的項目開發多處于深海非結冰海域，對河北樂亭而言，并無太多幫助。”林毅峰說。

林毅峰和團隊從零開始學習國內外海冰相關的技術資料，梳理出其中的關鍵技術，掌握冰荷載的計算方法，創新性地將海上鉆井平臺抗冰結構引入海上風電場建設中，結合海上風電施工特點研發出后裝配式單樁抗冰錐結構。

此外，該海域各類巖石混雜，巖層地下溶洞遍布，地質情況十分復雜。林毅峰和團隊創新設計出嵌巖組合大直徑單樁，上面是鋼管樁，下面用一段混凝土灌注樁，解決了特殊地質條件下風電機組基礎安全問題，一舉攻克天氣寒冷地區風電抗冰難題。

向海圖強，行至深遠海是中國海上風電發展的必由之路，而且海上風電技術正處在快速迭代中，也將與海水養殖、海上制氫等新業態融合創新發展。海上風電行業要走得更遠、更穩，不僅需要風電機組技術的發展，還要有海上風電基礎、海上施工裝備、技術的協同發展。“海上森林”不斷發展壯大，更要夯實“基礎”。