黃丹雯

天高云淡，海風(fēng)浩蕩，一排排“大風(fēng)車(chē)”——海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)，正“不知疲倦”地轉(zhuǎn)圈，為城市提供源源不斷的動(dòng)力。

茫茫大海上，這些“大風(fēng)車(chē)”看起來(lái)不起眼，但實(shí)際上卻是“大塊頭”——每根桿高約百米、寬約十米，葉片長(zhǎng)度達(dá)到七八十米。

要想把這些龐然大物穩(wěn)固地“種”到海底，絕非易事。要想把它們所產(chǎn)生的清潔電能漂洋過(guò)海輸送到岸上千家萬(wàn)戶，也不容易。

向海“攬”風(fēng)，不僅僅是“有風(fēng)即可”

“大風(fēng)車(chē)”到底能建在什么地方，是不是海風(fēng)大的位置就可以呢？

“海上風(fēng)電在規(guī)劃階段就要進(jìn)行選址工作，主要依據(jù)國(guó)家能源局和國(guó)家海洋局聯(lián)合發(fā)布的《海上風(fēng)電開(kāi)發(fā)建設(shè)管理辦法》、國(guó)家海洋局《關(guān)于進(jìn)一步規(guī)范海上風(fēng)電用海管理的意見(jiàn)》，以及能源行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《海上風(fēng)電場(chǎng)工程規(guī)劃報(bào)告編制規(guī)程》等文件?！敝袊?guó)能源建設(shè)集團(tuán)廣東省電力設(shè)計(jì)研究院有限公司（以下簡(jiǎn)稱“中國(guó)能建廣東院”）設(shè)計(jì)總工程師徐龍博向筆者透露，總的來(lái)說(shuō)，海上風(fēng)電選址必須符合海洋主體功能區(qū)規(guī)劃和海洋功能區(qū)劃，優(yōu)先選擇在海洋功能區(qū)劃中已明確兼容風(fēng)電的功能區(qū)內(nèi)進(jìn)行布置，同時(shí)統(tǒng)籌考慮開(kāi)發(fā)強(qiáng)度和資源環(huán)境承載能力，科學(xué)選定風(fēng)電建設(shè)區(qū)域。

海上風(fēng)電場(chǎng)選址，首要考慮的，是選擇風(fēng)能資源條件良好的海區(qū)，所以選址時(shí)會(huì)進(jìn)行測(cè)風(fēng)，主要觀測(cè)要素包括風(fēng)速、風(fēng)向、溫度及氣壓，且長(zhǎng)期海洋氣象測(cè)量觀測(cè)持續(xù)時(shí)間不應(yīng)少于1年?！熬蛷V東而言，粵西地區(qū)平均風(fēng)速能達(dá)到5～8米/秒，粵東地區(qū)風(fēng)資源還要更好些，平均風(fēng)速能達(dá)到9.5～10米/秒，適宜規(guī)?；羞B片開(kāi)發(fā)，因此‘十四五’期間新增投產(chǎn)裝機(jī)容量規(guī)劃，粵東地區(qū)達(dá)千萬(wàn)千瓦級(jí)?！?/p>

其次，海上風(fēng)電場(chǎng)選址要滿足“雙十”要求，即海上風(fēng)電場(chǎng)址原則上應(yīng)建在離海岸不少于10千米、灘涂寬度超過(guò)10千米時(shí)水深不得少于10米的海域。此外，還需集約節(jié)約用海，提高海域資源利用效率，單個(gè)海上風(fēng)電場(chǎng)規(guī)劃裝機(jī)容量根據(jù)風(fēng)電場(chǎng)場(chǎng)址面積，按照每10萬(wàn)千瓦16平方千米以內(nèi)確定。

在進(jìn)行選址調(diào)研時(shí)，對(duì)海底進(jìn)行物理探測(cè)也十分必要。工程師們利用側(cè)掃聲納探測(cè)、淺地層剖面探測(cè)等方式，初步查明海底淺表層基巖、孤石或其它障礙物分布、埋深狀況;利用中地層剖面探測(cè)等方式，查明海底地層的結(jié)構(gòu)、分布、起伏情況，為后續(xù)鉆探、設(shè)計(jì)與施工提供基礎(chǔ)資料。

“海上風(fēng)電場(chǎng)在建設(shè)前必須進(jìn)行嚴(yán)格的海洋環(huán)境影響評(píng)估工作，在確保不會(huì)對(duì)海洋造成污染后才允許開(kāi)工建設(shè)?！敝袊?guó)能建廣東院高級(jí)技術(shù)顧問(wèn)湯東升介紹，在選址時(shí)，要避開(kāi)各類限制區(qū)域，場(chǎng)址布局應(yīng)符合海洋主體功能區(qū)規(guī)劃、海洋功能區(qū)劃等，避開(kāi)航路航道、錨地和禁航區(qū)，通信、電力、油氣等海底管線的保護(hù)范圍和軍事設(shè)施涉及的范圍。

為了減少風(fēng)電場(chǎng)對(duì)環(huán)境的影響，選址時(shí)要嚴(yán)守海洋生態(tài)保護(hù)紅線，嚴(yán)格滿足環(huán)境和生態(tài)保護(hù)要求，避開(kāi)自然保護(hù)區(qū)的核心區(qū)、緩沖區(qū)和實(shí)驗(yàn)區(qū)，海洋特別保護(hù)區(qū)的重點(diǎn)保護(hù)區(qū)、生態(tài)與資源恢復(fù)區(qū)，以及增殖放流區(qū)、灘涂濕地等鳥(niǎo)類集中棲息地及魚(yú)類等的洄游通道及“三場(chǎng)”（產(chǎn)卵場(chǎng)、索餌場(chǎng)和越冬場(chǎng)）等。

“針對(duì)海上風(fēng)電場(chǎng)可能會(huì)對(duì)鳥(niǎo)類等生物帶來(lái)的影響，我們會(huì)通過(guò)合理布局風(fēng)電機(jī)組位置，留下鳥(niǎo)類穿越通道，同時(shí)，將葉片尖端涂成警示色，可以減少鳥(niǎo)類碰撞風(fēng)電機(jī)組的概率。在施工建設(shè)階段，則采用氣泡帷幕等屏蔽措施，降低施工噪聲對(duì)海洋生物的影響?！睖珫|升表示。

逐風(fēng)斗浪，見(jiàn)巖不見(jiàn)得就最好

“Duang、Duang……”在湛江外羅海上，金屬敲打聲持續(xù)了一整晚。

“又是臺(tái)風(fēng)！又是暴雨！”接踵而至的臺(tái)風(fēng)，讓施工人員不斷嘆氣。一年只有一百來(lái)天能在海上搶工建設(shè)，好不容易盼來(lái)窗口期，剛施工沒(méi)多久，卻又要歇了。2018年，臺(tái)風(fēng)山竹登陸湛江外羅海上風(fēng)電場(chǎng)，海上作業(yè)得在臺(tái)風(fēng)到達(dá)前停工，數(shù)百名施工人員第一時(shí)間進(jìn)行轉(zhuǎn)移。想著不等人的工期，中國(guó)能建廣東院項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)只得繼續(xù)安排專人緊盯氣象預(yù)報(bào)，等待臺(tái)風(fēng)過(guò)后，迅速返場(chǎng)進(jìn)行施工。

海上風(fēng)電場(chǎng)的施工，主要包括我們熟悉的“大風(fēng)車(chē)”——海上風(fēng)電機(jī)組，以及海上變電站、高壓送出海纜和陸上集控中心等幾部分。

“大風(fēng)車(chē)”需要靠風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)才能穩(wěn)穩(wěn)立在海面上，“風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)是深埋在海底的，根據(jù)水深由淺及深，我們會(huì)選用重力式、單樁、導(dǎo)管架式、吸力桶式和浮式等基礎(chǔ)型式?！敝袊?guó)能建廣東院項(xiàng)目經(jīng)理盧欽先向筆者介紹道，按結(jié)構(gòu)型式及其安裝方法分，風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)有樁式基礎(chǔ)、重力式基礎(chǔ)、吸力桶式基礎(chǔ)和浮式基礎(chǔ)等，目前廣東省的海上風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)型式主要采用單樁和導(dǎo)管架兩種基礎(chǔ)型式，其余基礎(chǔ)型式也逐步增加應(yīng)用場(chǎng)景，通過(guò)打樁錘將風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)的鋼管樁打入到海床設(shè)計(jì)標(biāo)高，再將風(fēng)機(jī)塔筒與風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)相連接。

風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)的施工打樁，和陸地上的可不一樣?！霸陉懙厣鲜┕?，我們可能會(huì)說(shuō)，打樁要打到見(jiàn)巖才是最好最穩(wěn)固，但海上不一樣，風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)要穩(wěn)穩(wěn)扎根在海底，主要靠鋼管樁與海床之間的摩擦力。臺(tái)風(fēng)一吹，長(zhǎng)長(zhǎng)的風(fēng)機(jī)可能會(huì)產(chǎn)生晃動(dòng)甚至傾倒，所以施工完的風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)的抗壓、抗拔力要夠。而在淺海施工時(shí)，有些水深只有十幾米，基巖面比較淺，抗拔力還不夠，所以還得往下打。”湯東升解釋說(shuō)。

施工船定位、運(yùn)樁船靠泊、起吊翻樁、單樁豎立、錘擊沉樁……施工隊(duì)按部就班，完成風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)施工，接下來(lái)風(fēng)機(jī)安裝便是重頭戲。海上風(fēng)電機(jī)組安裝方式主要包括整體安裝方式和分體安裝方式兩種。由于分體安裝時(shí)，海上作業(yè)施工受海況影響相對(duì)較小，所以，在風(fēng)浪較大的廣東沿海海域，較多采用分體式安裝的方式，使用可以固定在海面上的自升式安裝船或坐底船將風(fēng)機(jī)在海上拼裝，拼裝完的風(fēng)機(jī)就呈現(xiàn)出公眾熟悉的“大風(fēng)車(chē)”造型。

“廣東地區(qū)臺(tái)風(fēng)頻繁，為了抵御臺(tái)風(fēng)的侵襲，風(fēng)電機(jī)組還設(shè)置了防臺(tái)風(fēng)模式，當(dāng)有臺(tái)風(fēng)出現(xiàn)時(shí)，我們會(huì)通過(guò)遠(yuǎn)程操作啟動(dòng)該模式，這時(shí)，其中一個(gè)風(fēng)機(jī)葉片會(huì)和風(fēng)機(jī)桿重疊，整個(gè)風(fēng)機(jī)呈現(xiàn)‘Y’形，可以降低臺(tái)風(fēng)對(duì)風(fēng)機(jī)的影響?！睖珫|升介紹道。

風(fēng)機(jī)將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為電能后，要想將電能成功輸送至陸地，還得通過(guò)風(fēng)電場(chǎng)的“心臟”——海上變電站，這是海上風(fēng)電場(chǎng)的電能匯集中心，能將35千伏電能升壓至220千伏。

“目前，海上變電站主要為海上升壓站，如果海上風(fēng)電場(chǎng)建在遠(yuǎn)海并采用柔性直流輸電時(shí)，則需要建設(shè)海上換流站?！睋?jù)介紹，海上升壓站包括上部結(jié)構(gòu)和下部支撐結(jié)構(gòu)。上部結(jié)構(gòu)主要布置有變壓器、配電裝置、應(yīng)急柴油機(jī)、消防設(shè)備、暖通設(shè)備、吊機(jī)、逃生設(shè)備等;下部支撐結(jié)構(gòu)主要由樁式基礎(chǔ)構(gòu)成。海上升壓站在陸上完成上部組塊的制造、設(shè)備安裝和調(diào)試，再利用大型起重船整體吊裝到下部結(jié)構(gòu)上。

作為海上風(fēng)電場(chǎng)的“大腦”，也是海上風(fēng)電最后一道要塞——陸上集控中心，則負(fù)責(zé)遠(yuǎn)程監(jiān)控著所有風(fēng)電機(jī)組并管理整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的運(yùn)行。來(lái)自風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、海上升壓站以及連接的海纜等設(shè)施的運(yùn)行狀態(tài)信息，都要傳輸?shù)郊刂行倪M(jìn)行分析處理。

直流交流，看距離選輸電方式

將風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的電能輸送至陸地只有一個(gè)渠道——海底電纜（簡(jiǎn)稱“海纜”）。通過(guò)海纜把風(fēng)機(jī)發(fā)出來(lái)的電順利送至距離風(fēng)機(jī)數(shù)十公里的陸地主要有兩種方式，高壓交流送出和柔性直流送出。根據(jù)輸送方式的不同，海纜分為交流海纜和直流海纜，通常采用專用的敷纜船，采用牽引式鋪埋海纜方法，施工船依靠水力埋設(shè)機(jī)進(jìn)行沖埋敷設(shè)。

一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)海纜輸電距離小于等于70千米時(shí)，采用高壓交流送出;當(dāng)大于70千米時(shí)，為了提高輸送容量并降低損耗，通常采用柔性直流送出。

“通俗一點(diǎn)說(shuō)，高壓交流送出，就是把海上所有風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)換成的電能，通過(guò)集電海纜匯集到海上升壓站升壓后，通過(guò)高壓海纜輸送至陸上集控站。而柔性直流送出，則是將風(fēng)機(jī)的電能通過(guò)集電海纜匯集到海上升壓站升壓后，通過(guò)高壓交流海纜接入海上換流站變換為直流電能，再通過(guò)高壓直流海纜送至陸上換流站。”徐龍博解釋說(shuō)。

據(jù)介紹，目前廣東省已投產(chǎn)的海上風(fēng)電場(chǎng)全部采用高壓交流送出方式，除珠海桂山項(xiàng)目外，全部為220千伏電壓等級(jí)。隨著海上風(fēng)電場(chǎng)規(guī)模越來(lái)越大、離岸距離越來(lái)越遠(yuǎn)，廣東省在建項(xiàng)目已開(kāi)始使用330千伏和500千伏電壓等級(jí)。相比而言，近海更為適宜采用高壓交流送出方式，但隨著海上風(fēng)電場(chǎng)走向深遠(yuǎn)海，柔性直流送出的經(jīng)濟(jì)性則逐漸顯現(xiàn)，未來(lái)將成為重要的海上輸電方式。

除了考慮海纜輸電距離，不同國(guó)家海上風(fēng)電所處的發(fā)展階段、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟(jì)承受能力不盡相同，對(duì)輸電方案也需求各異。從技術(shù)成熟度、方案經(jīng)濟(jì)性、工程實(shí)用性等方面進(jìn)行比對(duì)分析，我國(guó)在“十四五”乃至更長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)，將主要采用高壓交流、柔性直流輸電技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)海上風(fēng)電并網(wǎng)送出，因地制宜地選用相應(yīng)的并網(wǎng)送出技術(shù)方案，確保海上風(fēng)電安全可靠、經(jīng)濟(jì)高效地并網(wǎng)運(yùn)行。

延伸閱讀

三峽新能源陽(yáng)西沙扒海上風(fēng)電場(chǎng)

2021年12月25日，國(guó)內(nèi)首個(gè)百萬(wàn)千瓦級(jí)海上風(fēng)電場(chǎng)——三峽陽(yáng)江沙扒海上風(fēng)電項(xiàng)目宣布實(shí)現(xiàn)全容量并網(wǎng)發(fā)電，為粵港澳大灣區(qū)建設(shè)再添清潔能源動(dòng)力，助力達(dá)成碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)。這座海上風(fēng)電場(chǎng)擁有國(guó)內(nèi)最大海上風(fēng)機(jī)單樁基礎(chǔ)、國(guó)內(nèi)最大海上風(fēng)機(jī)單樁基礎(chǔ)和國(guó)內(nèi)首個(gè)海上風(fēng)機(jī)吸力桶導(dǎo)管架基礎(chǔ)。

國(guó)內(nèi)最大海上風(fēng)機(jī)單樁基礎(chǔ)——為適應(yīng)場(chǎng)內(nèi)強(qiáng)風(fēng)化巖面深度在50到70米之間的區(qū)域，39個(gè)機(jī)位均采用大直徑單樁基礎(chǔ)，根據(jù)各機(jī)位地質(zhì)進(jìn)行深度優(yōu)化設(shè)計(jì)。平均單個(gè)主體鋼料重1487噸，最大單個(gè)主體鋼料重1765噸，平均樁徑8.3米，最大樁徑9米。

國(guó)內(nèi)作業(yè)水深最大的四樁導(dǎo)管架基礎(chǔ)——10臺(tái)風(fēng)機(jī)采用導(dǎo)管架基礎(chǔ)，導(dǎo)管架基礎(chǔ)高度超過(guò)48米，作業(yè)海域水深30米左右，在國(guó)內(nèi)首先采用板殼式過(guò)渡段結(jié)構(gòu)，能更好地適應(yīng)大波高、大風(fēng)機(jī)盤(pán)面、高荷載水平對(duì)過(guò)渡段結(jié)構(gòu)布置和承載性能的要求。

國(guó)內(nèi)首個(gè)海上風(fēng)機(jī)吸力桶導(dǎo)管架基礎(chǔ)——為避免風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)嵌巖，3個(gè)機(jī)位采用三桶吸力桶導(dǎo)管架基礎(chǔ)?；A(chǔ)總高約63米，總重量約1550噸，由3個(gè)桶徑13米、桶高11.3米的吸力桶和上部導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)組成。2020年8月10日完成施工沉桶施工。