海上風(fēng)力發(fā)電可謂是時(shí)下最為熱門(mén)的詞匯了，然而你知道嗎?這個(gè)造福世界的新能源實(shí)際上才存在了27年。1991年，位于丹麥Lolland島附近的Vindeby的低水位海域的海上風(fēng)力發(fā)電廠首次實(shí)現(xiàn)11臺(tái)風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)運(yùn)行，這也是世界上第一個(gè)海上風(fēng)電項(xiàng)目。風(fēng)雨無(wú)阻地運(yùn)行了25年之后，目前世界上第一個(gè)海上風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)---丹麥東能源公司旗下的Vindeby海上風(fēng)電場(chǎng)已退出世界舞臺(tái)。在整個(gè)運(yùn)行期內(nèi)，Vindeby海上風(fēng)電場(chǎng)共發(fā)出了2.43億度電。

2010年7月，我國(guó)建成了第一個(gè)海上風(fēng)電場(chǎng)——上海東海大橋海上風(fēng)電示范項(xiàng)目，這也是全球除歐洲以外的第一個(gè)海上風(fēng)電場(chǎng)。

相比陸上風(fēng)電，海上風(fēng)電具有風(fēng)力平穩(wěn)、風(fēng)機(jī)利用率高、不占地、不擾民等優(yōu)點(diǎn)。但是海上風(fēng)急浪高，風(fēng)機(jī)安裝一直是難點(diǎn)。在2013年之前，我國(guó)海上風(fēng)機(jī)的安裝通常由起重船來(lái)進(jìn)行，安裝成本是陸上風(fēng)機(jī)的兩倍。

起重船對(duì)作業(yè)環(huán)境非常敏感，極其依賴天氣和波浪條件，安裝作業(yè)效率低，穩(wěn)定性差，安裝一臺(tái)風(fēng)機(jī)往往需要10天左右的時(shí)間。

今天港機(jī)圈就和大家一起聊一聊目前最新的風(fēng)電安裝技術(shù)，詳解一下插樁式和坐底式海上風(fēng)電安裝平臺(tái)的區(qū)別。海上風(fēng)電安裝作業(yè)平臺(tái)和普通起重船的最大區(qū)別是，一個(gè)是有本之木，一個(gè)是無(wú)根浮萍。

在海上風(fēng)電場(chǎng)施工中面臨最大的一個(gè)問(wèn)題就是樁柱的安裝。將直徑3～8米、重達(dá)500～2000噸，甚至更大的樁柱用樁錘強(qiáng)力打擊插入水下泥中，也就是我們常說(shuō)的“打樁”。樁打的不好，直接影響風(fēng)電項(xiàng)目的作業(yè)效率和工程質(zhì)量。

當(dāng)前，世界各國(guó)普遍采用插樁式海上風(fēng)電作業(yè)平臺(tái)，但面臨著不能迅速插拔樁，作業(yè)程序復(fù)雜嚴(yán)格，樁靴必須座落在承載能力為80~100t/m2的硬質(zhì)土層或者密實(shí)的砂層上，碰上粘性土壤產(chǎn)生粘附力吸住樁靴，拔樁力遠(yuǎn)大于壓樁力難以拔出等問(wèn)題。

現(xiàn)用的海上風(fēng)電安裝平臺(tái)是一種全新的海洋工程船舶，主要由起重機(jī)、船體、樁腿和樁靴、抱樁機(jī)以及升降系統(tǒng)等組成，主要用于海上風(fēng)力發(fā)電的打樁作業(yè)、風(fēng)機(jī)安裝和樁柱、樁錘等物料附屬設(shè)備的運(yùn)輸。現(xiàn)代風(fēng)電安裝平臺(tái)將起重船、海上作業(yè)平臺(tái)和運(yùn)輸船、抱樁機(jī)以及生活供給船所具有的各項(xiàng)功能完美地融為一體，便于出海獨(dú)立工作和工作人員持續(xù)近月余的生活。另外還裝有先進(jìn)的動(dòng)力定位系統(tǒng)和自動(dòng)控制系統(tǒng)，操作靈活自如，可以獨(dú)立完成上述樁的安裝作業(yè)和運(yùn)輸任務(wù)，全過(guò)程無(wú)需其它船舶協(xié)助。

海上風(fēng)電場(chǎng)施工最大的難點(diǎn)就是樁柱的安裝。將直徑3～8米重達(dá)500～2000噸甚至更大的樁柱用樁錘強(qiáng)力打擊插入水下泥中，樁柱的安裝不僅需滿足樁柱的吊高(80～120米左右)、吊重和位置的要求，還要保證樁柱的垂直度，即垂直于海平面。同時(shí)由于抱樁機(jī)是安裝在船體上，因此要求船體在打樁的全過(guò)程不能移動(dòng)，過(guò)去曾用拋錨絞車來(lái)穩(wěn)定船體，但它是柔性系統(tǒng)，無(wú)法保證船體固定不動(dòng)，不適用風(fēng)電打樁作業(yè)，早已被淘汰。

目前主要采用兩種方式，其一是將安裝平臺(tái)自身帶有樁靴的樁腿深深插入泥中使其在海上風(fēng)浪涌襲擊下保持穩(wěn)定，其二令安裝平臺(tái)的船體“座底”，即下船體(中空浮體)坐在水下泥層面上，由泥層和下船體承載船的重量并依靠與泥層的摩擦力以及同時(shí)插入泥中的無(wú)樁靴的小樁保持水平方向的穩(wěn)定。目前，世界上的安裝平臺(tái)，都采用前一種方式即插樁來(lái)穩(wěn)定自身，即所謂插樁式海上風(fēng)電安裝平臺(tái)。

插樁式海上風(fēng)電安裝平臺(tái)的難題和缺點(diǎn)

海上風(fēng)電裝置利用3～8米直徑、厚50～100毫米重達(dá)500～2000噸或更高的單樁柱插入海面泥中數(shù)十米，以支承海上風(fēng)力發(fā)電裝置(重150～300噸)和承受風(fēng)壓以及涌浪沖擊。打這種巨大的樁。插樁式海上風(fēng)電安裝平臺(tái)的特點(diǎn)將自身也用樁腿插入泥中，并配有起重機(jī)和打擊力強(qiáng)大(200～400噸米)頻率高(30～50/分)的特殊樁錘，以及抱樁機(jī)等附屬裝備。

此外，為了減小海上涌浪對(duì)打樁船船體的沖擊，為躲避此力，用樁腿將平臺(tái)的船體稍抬離水面約4～5米，令涌浪從其下方穿過(guò)，為了滿足樁柱垂直度的要求，必須穩(wěn)定安裝平臺(tái)，其自身多采用長(zhǎng)幾十米的大直徑(3～4米)樁腿和端部的巨大樁靴插入泥中(軟質(zhì)土壤條件下可能需20～30米)以承受其自重，并穩(wěn)定它在水中的位置。

這種插樁方式，雖能較好的實(shí)現(xiàn)打樁作業(yè)，但作業(yè)程序復(fù)雜嚴(yán)格，例如：總重達(dá)2萬(wàn)噸大型風(fēng)電工程船(包括外載5000噸)，它每只樁腿插到位后，仍需經(jīng)過(guò)加載“預(yù)壓”工序以保證它有可靠的地基承載能力。每只單樁預(yù)壓載荷常需正常承壓的一倍(8000～10000噸)，為此需先將船體注水，以增加自重，這種設(shè)計(jì)主船體需具備很大容積的壓載艙，對(duì)大型船舶往往難以實(shí)現(xiàn)，此時(shí)只能采用對(duì)角壓載的方法完成預(yù)壓(同時(shí)只壓兩只樁)，對(duì)主船體結(jié)構(gòu)提出很高要求，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)很厚重。而且樁靴必須座落在承載能力為80~100t/m2的硬質(zhì)土層或者密實(shí)的砂層上，才能為船體提供有效支撐，這種優(yōu)質(zhì)的地基條件往往需要在海底以下數(shù)十米才存在，打樁作業(yè)完成后，再拔出被泥砂覆蓋的樁靴。這些工序必須一絲不茍認(rèn)真進(jìn)行，否則打樁過(guò)程船體將會(huì)出現(xiàn)地基穿刺，導(dǎo)致歪斜甚至傾翻大禍。

現(xiàn)代插樁式海上風(fēng)電安裝平臺(tái)插入泥中的樁靴面積至少為100平米，而樁腿直徑為4米左右，兩者截面的面積相差六倍，拔樁時(shí)， 樁靴上覆蓋的十幾米砂土重量會(huì)帶來(lái)巨大的下壓力，拔樁時(shí)還要克服這些土體與周圍土體相互間的摩擦和粘附載荷，以及樁靴底部上拔時(shí)產(chǎn)生的負(fù)孔隙水壓形成的吸附力和粘聚力，需巨大拔起力。視不同土質(zhì)，為消除負(fù)孔隙水吸附力和底部粘聚力，常常先要用高壓水沖樁，以連通樁靴底部孔隙和外界海水，而在泥中插深較深時(shí)，外界水不容易補(bǔ)充進(jìn)來(lái)，這種連通更為困難。在特殊情況下，甚至可能沖不動(dòng)樁。例如：每只樁腿視土質(zhì)和需插入深度(20米左右)，通常其插入力需2000～3000噸，然后需加1倍于插入力進(jìn)行“壓樁”作業(yè)(視土質(zhì)需保持12～24小時(shí))，如果碰上粘性土壤產(chǎn)生粘附力吸住樁靴，常使拔樁力遠(yuǎn)大于壓樁力。有時(shí)，千方百計(jì)仍拔不出，不得已只好割掉，這是令操作者最為痛心，也是這種插樁式打樁船的致命缺點(diǎn)。

新型坐底自升式海上風(fēng)電安裝平臺(tái)繼承了傳統(tǒng)插樁式全部功能并實(shí)現(xiàn)了其技術(shù)參數(shù)，從外觀上看它們的差異是：取消了樁靴和增加了下浮體。在漂浮狀態(tài)時(shí)，下浮體收入船體之內(nèi)，可以短程調(diào)遣也可以拖帶遠(yuǎn)航，在工作時(shí)，仍由安在下浮體上的四只腿，將它抬離水面4～5米，以減小風(fēng)、浪、涌對(duì)它的沖擊。

坐底自升式海上風(fēng)電安裝平臺(tái)有別于插樁式的最大特征是沒(méi)有樁靴。插樁式海上風(fēng)電安裝平臺(tái)每根支承樁的底部均安裝有樁靴，它能擴(kuò)大支承面積，以支持打樁船高達(dá)1.5～2萬(wàn)噸的自重和外加載荷，若沒(méi)有樁靴，無(wú)論插多么深，僅靠樁與土的摩擦力，是無(wú)法支承龐大且重的船體。

若取消樁靴改為坐底式，因?yàn)樽资莻€(gè)具有巨大排水量的中空浮體，實(shí)際上是這個(gè)浮體承受著打樁船的大部分自重，船的自重減去浮力剩余的重量，才是壓在泥面上的力。調(diào)節(jié)浮體內(nèi)水量，就可調(diào)節(jié)對(duì)泥面的載荷。泥面上并沒(méi)有承受船的全部自重，而是部分載荷，視不同土質(zhì)的承壓能力可予以調(diào)節(jié)。

坐底海上風(fēng)電安裝平臺(tái)取消了插拔困難的樁靴有幾個(gè)好處：首先是“打樁”作業(yè)全過(guò)程，無(wú)插拔壓樁靴之“苦”，大大提高了工效。其次是對(duì)海底土的單位面積壓力可調(diào)節(jié)，能適宜各種土質(zhì)，特別是軟粘土甚至淤泥土質(zhì)條件的打樁作業(yè)，對(duì)海上風(fēng)場(chǎng)作業(yè)不同土壤的適應(yīng)性強(qiáng)。其三是樁腿上無(wú)樁靴，也不需對(duì)樁腿端的樁靴預(yù)壓，不只減小了作業(yè)時(shí)間，也取消了為預(yù)壓而加強(qiáng)的船體結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)化了船體結(jié)構(gòu)。綜合各項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)，其生產(chǎn)效率能提高一倍甚至更高，從而大大提高其市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力和經(jīng)濟(jì)效益。

下面通過(guò)一段視頻來(lái)詳細(xì)了解一下坐底式海上作業(yè)平臺(tái)的知識(shí)。