海上风电机组的钢结构基础承载平台及塔筒建造

文/沈飞 江苏海力风电设备科技有限公司

编辑/方思敏

海上风电机组的钢结构基础承载平台及塔筒建造

文/沈飞 江苏海力风电设备科技有限公司

编辑/方思敏

新建的5兆瓦海上风机基础导管架及塔筒已在近海安装完毕

据全球风能协会（GWEC）统计公布欧洲就有超过1亿千瓦海上发电项目处于规划之中，到2015年欧洲海上风电的目标就将达到4000万千瓦，2030年将突破1.5亿千瓦。我国近海区域辽阔，海上可开发风能资源是陆上可开发风能资源的3倍，可开发容量达到2亿千瓦。根据国家能源局规划，到2020年我国海上风电装机容量超过1000万千瓦。

海上风电场建设具有三大优势。平均风速高，不需要很高的塔筒；由于噪音限制小，海上风电单机容量可以大幅度提高；海上风的湍流强度小，一般具有稳定的主导方向，可以使机组运行稳定、寿命延长。

海上风电基础项目技术中，目前欧洲近海风电场主导基础结构型式为单桩。但根据我国海床条件比较差的情况，风机单机容量增大，对基础刚度的要求非常高，因此单桩在我国的应用受到影响，常规适用于2兆瓦以下的风机形式。

而混凝土桩是国内潮间带最早使用的试验形式的桩基基础，这种形式受海上潮汐影响，制造周期长，达到4至6个月，同时施工难度大，成本费用高。所以混凝土桩并不适合近海潮间带风电场的建设要求。

基于以上近海潮间带现状，江苏海力风电设备科技有限公司制造的海上钢结构多桩导管架风机基础承载平台及塔筒，自2010年起在江苏如东海上风电场率先得到成功应用，这也是目前亚洲最大的已建海上风电场。

目前，江苏海力在海上风机塔筒及钢结构基础承载平台的制造过程中主要注重了以下几方面的要求：

1.主要原辅材料的选用原则

海上风电场相比于陆上风电场，其塔筒，尤其是其钢结构基础承载平台的受力状况比较复杂，再加上海上风浪，甚至台风及海水的侵蚀作用，使得其在设计及其制造上均有较高的结构及材料要求。所以，江苏海力在陆上塔筒及其基础环材料方面主要采用Q345C等。海上所使用的塔筒材料一般至少考虑采用Q345D，导管架主筒体一般还采用性能更优的材料，同时具备Z向拉伸性能的材料，如Q345D-Z15等。

2.制作工艺及设备的确定

海上风机塔筒及钢结构基础承载平台主要制作工艺及设备的确定，主要体现在以下几个方面：

1) 采用国内最为先进的径向分别均可移动微调的四轮液压式组对滚轮架及轴向可移动、可调节的行走滚轮架组合的形式，在地面预制的水平及直线度较高的专用轨道上进行每节塔筒、桩基钢管的组对工作；

2) 在进行导管架承载平台总装装配时，根据钢管桩实际沉桩平面图，设计出了多方位可调式支撑工装，同时结合焊接变形预留数值，采用激光经纬仪将基础平台下部支撑一次性安装到位，同时通过焊接完工后再次检测，来修正焊接变形的偏差，最终确保导管架主筒体和四周桩套筒直线度及位置公差分别控制在10毫米之内；

3) 钢结构焊接承载平台的连接、焊接节点多、焊接工作量大，残余应力大，对尺寸精度保证、焊接质量等带来不利因素，而采用常规热处理方式很难解决，经多方调研后采用了振动时效工艺，同时率先运用超声波时效仪、残余应力测试仪等先进测试设备，对其应力情况进行检测，以最大程度降低焊后残余应力；

4) 关键制作点的有效控制

a.采用无间隙的组对工艺对每一节塔筒筒节分别进行同一轴线组对，辅以激光测距仪、激光经纬仪等进行控制、检测，最终确保塔筒、钢管桩等直线度10000毫米内≤5毫米，整体直线度控制在20毫米之内。

b.海上风电场导管架承载平台上焊接的主法兰焊后高精度尺寸控制。

对于直径5米以上的焊后法兰，在此调整了其装配及焊接的工序安排，严格保证与其组对筒节的圆度及平面度，并采取与主法兰无间隙装配技术，在焊接中实时监测法兰平面变形情况并随时调整焊接内外顺序，另一方面焊前、焊后监测其法兰的内倾度、平面度、椭圆度等，使其严格控制在标准范围以内。

c.针对海上风电塔筒及导管架大直径、大吨位、厚板连接、撑管相贯点多等特点，通过对焊接坡口及焊接形式的改进、对厚板卷制工艺的改进、对焊接工艺参数、焊接顺序等的优化和控制、振动时效及热时效多种去应力方法的综合运用来控制和消除卷制、焊接等过程中产生的残余应力。最终才能使风机塔筒、导管架制造关键项均达到了毫米级精度控制要求。

d.针对产品的潮差区、飞溅区、全浸区和海泥区等海上腐蚀环境的不同，研究设计了相应的防腐喷涂工艺，运用分段与整体相结合，传统油漆工艺与新型喷锌、涂装防腐工艺相结合的方法，同时选用国际知名品牌防腐涂料，确保满足海上防腐30年以上的技术要求。

通过这几年来对海上风电场机组塔筒及钢结构基础承载平台的制造，获得了一些经验，但也发现在此还有很多的不足需要改进：

1.采取更多的控制方法和手段来进一步提高基础平台法兰及塔筒顶部法兰等的精度；

2.面对类似的大吨位异型钢结构平台和其较高的精度要求，如何最大限度的减少焊接应力并对其进行有效的检测；

3.如何能采取更合理、更先进的技术来保证其防腐效果，保证其产品的防腐寿命完全达到标准要求。