創新逐浪，向海馭風！中交集團打造海上風電建設最強艦隊

      今年《政府工作報告》提出,積極穩妥推進碳達峰碳中和。加快建設“沙戈荒”新能源基地,發展海上風電,統籌就地消納和外送通道建設。據統計,我國海上風電裝機規模已連續4年穩居全球首位。最新數據顯示,我國已構建起具有國際頂尖水準的風電產業體系,對全球風電產業發展貢獻巨大。

      作為公司首批現代產業鏈“鏈長”建設單位,中交三航局自1998年開始先後承建了東海大橋海上風電、浙江岱山4號和普陀6號海上風電、廣東陽西沙扒、江蘇如東等70多個海上風電項目,累計風場容量超2800萬千瓦,完成近2500颱風機安裝,海上風電施工市場佔有率長期穩居中國第一。

      從“標準執行者”成為“規則編寫者”,中交集團構建了覆蓋海上風電全產業鏈的原創技術策源地:海上風電桶式基礎安裝工藝創新突破、深遠海風電一體化施工臻於成熟、漂浮式風電技術研發實現重大跨越、覆蓋全流程的智慧化管理系統研發成功……中交集團海上風電施工技術不僅為我國新能源高質量發展注入動力,更將自主創新的“中交方案”推向全球,為全球能源變革作出中交貢獻。

深遠海的“沉貫”方案

      南海的洋面泛著霧藍,54號風機機位下,2050噸重的導管架緩緩下降,海水泛起浪花,像信號一般傳遞到平臺之上——水下每一毫米變化,都牽動著所有人的神經。2024年10月,中交三航局大唐海南儋州海上風電項目經理李嶸站在操作臺前,眼睛緊盯著螢幕上的數值曲線,絲毫不敢放鬆。這是三航局吸力桶沉貫系統的首次深遠海實戰。

      伴隨著導管架精准貼底、穩穩落位,起重船上爆發出陣陣歡呼。李嶸難掩心中興奮:“作為中交集團海上風電產業鏈‘鏈長’單位,三航局依託儋州項目,終於完成吸力桶沉貫成套系統研發應用。”

      儋州西北海域地質複雜,岩面高差突變大,地勘資料不能完全覆蓋,沉貫稍有偏差便可能導致結構失穩。三航局施工總承包的一場址二標段,需在這一區域完成16座導管架基礎施工,每座都必須在海床上完成精准定位,且全流程無法依賴進口設備水下作業。為此,團隊自主研製了一整套吸力桶沉貫裝備及智能控制系統,並選擇54號機位打響首戰,在深遠海複雜地質下實現國產方案的首次實戰檢驗。

      首秀並沒留“熱身”時間,設備剛落海,技術團隊就迎頭撞上比實驗更加嚴峻的真實海況。“系統雖設計了四角高程回饋和姿態聯動調節邏輯,可以即時回饋沉貫姿態變換,但沉貫初期姿態回饋連續波動,現場情況仍像在鼓包沙地上‘放桌子’,剛壓住一角,另一角又翹起來,始終無法找平。”李嶸回憶說。

      項目團隊當機立斷,緊急調用底部剖面數據,重算調平參數與聯動節奏。壓差控制被細化到0.01兆帕,每次泵組回應都由3人聯動復核。導管架貼底前最後1分鐘,全場屏息,只看螢幕上那串姿態數值緩慢歸穩,誤差最終鎖在千分之一級別,才敢發出“結束調平”的指令。

      調平剛結束,平臺正準備切換到桶頂作業,海面卻突然轉風向,浪頭一陣高過一陣,水下“作業窗口”說關就關。“潛水夫沒法下去,原本靠人工關閉的閥門一下子成了懸著的風險點。設備仍處在負壓吸附狀態,不能久拖,否則有抽浮風險。”李嶸說。

      面對驟變的海況,控制室內卻無人慌亂。這個畫面,團隊在最早的推演方案時便早有預設,針對極端天氣無法介入的情況,設下了另一條備選路徑——斷泵脫附,全程遠控。操作員快速切換指令,10秒內完成泵組停機、壓差釋放,結構始終保持紋絲不動。

      還有另一條“保險絲”始終牽著整場作業的神經,那是連接設備與平臺的臍帶纜,長達數十米,承載信號、電源與數據,它在風浪中持續受力,是系統中最不能出錯的一環。為此,團隊同步研發了滑槽導向、浮筒減震等裝置,有效解決了纜線易纏繞、易損壞的問題。經流體模擬優化,纜線可在複雜海況中實現“線隨波動,弧不出界”,保障整套系統的穩定運行。“就像在大風天晾放衣繩,不光得拉得穩,還得收得順。”李嶸介紹。

      沉貫首秀,不只是一次操作的成功,更是系統設計、控制邏輯、海況回應能力的全面落地,中交三航局至此成為國內首家完成深遠海風電基礎全流程自主沉貫施工的總承包單位。李嶸望著海面,眼神堅定道:“這是屬於中國自己的沉貫方案。”

為水下沉樁安裝智慧“大腦”

      “監控系統回饋管樁平面位置誤差小於10毫米,垂直度為1.2‰,可以沉樁!”初夏的南海海域碧波萬頃,起重船上的一陣歡呼劃破寂靜的海空。2023年5月,由三航局自主研發生產的智慧“大腦”——水下智能定位架施工工藝首次操作鋼管樁在水下“紮穩腳跟”,完成了完美首秀。

      中交三航局承建的中廣核惠州港口二海上風電場是粵港澳大灣區首個平價海上風電項目,距離陸地最近約25公里,是全國範圍內海況最為複雜、水深最深的風場之一。面對業主當年開工、當年並網的要求,項目團隊頓感壓力巨大。

      導管架基礎的精確安裝是風電施工的關鍵環節。傳統工藝採用輔助樁式坐底穩樁平臺,借由輔助樁進行限位和固定,但僅插拔輔助樁便需要消耗大量作業時間。而隨著近年來我國海上風電項目不斷向深遠海域發展,穩樁平臺尺寸越來越大,對施工船舶的配置要求也就越來越高。

      “不能一直被動受限於水底深度,要從根本上破題!”早在兩年前,風電技術團隊就提出了“水下沉樁數智化”的研究方向。技術中心風電研發室副主任嚴孝鋒帶領風電技術團隊踏上了查資料、數據的攻堅之路,可由於國內尚無先例可循,設計過程只能是從實踐中摸索。

      無人機可以通過遙控器進行空中拍攝,並即時傳回水下情況。課題推進會上,技術團隊經過充分比對數據,提出遙控操作臺實現沉樁功能的設想。通過可行性分析,技術團隊最終選擇將穩樁平臺沒過水下,操作臺設置在母船上,引入中控、監控、信號多個系統同步運行。“現場施工人員通過監視器前線觀測,根據中控系統接收到的水下情況進行有針對性的操作,從而精准控制沉樁的位置、垂直度和高程。好比平臺有了‘大腦’。”嚴孝鋒解釋說。

      然而,海上沉樁工藝在中廣核惠州港口二海上風電場投入試驗,過程卻並非想像中的順利。“鬥尾生產基地前沿海域海床面極不平整,大部分區域海床面傾斜度超10度,相較於常規風場僅1度的傾斜度,對平臺的自動調平功能是場巨大考驗。”嚴孝鋒說。

      幾經斟酌和測算,團隊將目光集中到一處海床面傾斜度約2度的水域。正式下水前,設計團隊不斷優化調平順序,預設油缸行程,並為平臺配置了4個網格式結構的防沉板,充分保障平臺的坐底穩定性,又在防沉板上設置了減壓孔,減弱海床面的吸附作用,以便能夠輕鬆起吊。下水前夕,嚴孝鋒帶領團隊諮詢專家助陣,多次推演液壓數據,對液壓系統進行再升級,保證鋼管樁鄰近海床面水下沉樁定位、垂直度、標高、各個樁的相對位置控制精度。

      伴著初夏海風,穩樁平臺紮根海中,水下智能定位架的正式投入使用,帶領外海域風電施工進入了快車道。水下智能定位架實現了在極限工況下的水下自動調平,該工藝涉及的“一種水下沉樁定位架的液壓控制系統”“一種四樁導管架的基礎鋼管樁水下沉樁的監控系統”均已獲得國家實用新型專利授權。

107米葉片空中“翻筋斗”

      黃昏時分,浙江象山海域塗茨海上風電項目的施工海面,遠處的天際與海水融為一體。在眾人的注視下,107米超長葉片完成了180度的轉體,如同優美的舞者,完美對接在輪轂上。

      中交三航局象山塗茨海上風電項目的主要施工內容包括38臺單機容量8兆瓦的風電機組基礎建設和設備安裝。這是國內首次在海上風電項目中採用107米超長葉片,安裝工藝也面臨著前所未有的技術挑戰。

      根據項目施工海域的海況,運輸船上“平躺”的葉片端口朝外,葉尖朝內。葉片端口要實現與機艙的精准對接,必須將其進行180度調轉。按照傳統方案,需要調轉運輸船完成葉片的方向調整。“這種方法耗時至少4小時,而項目所在海域常年受強颱風侵襲,安裝作業的‘黃金窗口期’極為短暫,時間上不允許。”項目副經理陳輝說。

      施工策劃會上,陳輝提出了一個大膽的設想:讓夾具成為“葉片”在空中調轉的一個支點,再給葉片兩端纏上纜風繩,順時針牽引葉片完成旋轉。“讓葉片像翻筋斗一樣轉個身。”他比喻道。

      然而,在100多米的高空調轉葉片,還需考慮葉片旋轉狀態、吊高、風荷載、轉向纜風繩受力情況等諸多因素。項目經理尹劍鋒立刻聯繫了三航局技術中心,經過嚴格的數據驗算,認為方案可行。

      考慮到葉片在高空強風擾動下,會不停擺動,項目團隊參考高空大樓的減震器原理,設計出一臺小型的液壓絞車。“我們用4根繩子鉤住葉片,讓絞車吸收吊裝重物的晃動能量,根據設定好的參數,自動調整平衡,使葉片的擺幅降下來。”尹劍鋒解釋道,“在液壓絞車收放繩過程中,從一個液壓絞車中排出的液壓油與流入至另一個液壓絞車的液壓油基本一致,幾乎不需要液壓泵提供額外的油以維持一定的收繩壓力,結構簡單,成本也低。”

      方案實施當日,3支纖長的葉片緩緩靠泊。施工人員將4根纜風繩分別緊緊系於葉片根部和葉尖上,再用夾具緊緊固定在葉片中端。起重機將夾具和葉片提升至130米高空,團隊通過智能監控系統即時跟蹤監測,小心翼翼地控制著力量和角度,以每20秒旋轉1度的速度順時針勻速旋轉,讓葉片在空中完美地翻了一個“筋斗”,施工現場響起熱烈的掌聲。

      銀月如鉤,海面閃爍著點點粼光。一座座巨大的白色風機,流光溢彩,為遠處的萬家燈火帶來綠色希望。

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