东海上竖起大风车——中国首台海上风机安装成功的背后

作者：张懿 来源：文汇报

     东海大桥风电场位于东海大桥以东，将由34台巨大的白色大风车组成，以南北间距1公里、东西间距500米的密度，形成一片14平方公里的海上风电示范区。风电场将在明年世博会之前建成。

     装机容量达100兆瓦的东海大桥风电场，通过海底电缆传回电力，可为10万户家庭提供全部用电，年减排二氧化碳效应相当于5万辆汽车停驶。

     3月20日，中国第一台，也是亚洲第一台海上风机在沪安装成功，从此迎风挺立于东海大桥畔。它不仅写下了中国海上风能利用的起始之笔，同时为我们的海上施工写下了崭新一页。（本报3月21日、3月24日第一版曾作报道）

     如何让总高度超过30层楼的“大风车”在海里稳稳扎根？如何精确控制这400吨庞然大物完成吊装？这对国内的设计、施工专家来说，都是没有过先例的全新课题。

中国特色的“长腿螃蟹”

     “我们可以说吃到了中国海上风电的第一只螃蟹。”负责东海大桥风电场总体设计的上海勘测设计研究院总工程师陆忠民笑对记者。巧的是，“大风车”正是被一只“长腿螃蟹”稳稳地驮起在东海海面；更值得骄傲的是，这只“螃蟹”完全是由国内的研究机构、高校和企业“吃”下来的，是真正的中国原创。

     海上风电在国内刚刚起步。欧美虽有经验，但却无法照搬到东海。陆忠民告诉记者，海上风机的安装，国外原本主要用两个办法：其一，直接将一根直径6米左右的钢管插入海底，再将风机与之对接，此谓“单桩方案”；其二是“导管架方案”，就是将一个大型钢结构支架沉入海底，固定，再在上面竖起风机。

     但既有方案在东海都“水土不服”。首先，以我们现有的打桩装备和工艺，暂时还无力将6米粗的钢管插入海底。而更重要的是，国外的海上风场，选址区域的海底是硬质砂基，承受力大，而东海大桥位于长江口，10米水深以下的海底，沉积着滚滚长江千百年冲泄带下来的淤泥质土，足有20米厚。“这种土质，含水量极高，十分软弱，脚踩也会陷进去。”陆忠民解释，如果用“导管架方案”，钢结构支架沉入海底，支撑脚在水流的作用下会把淤泥扒空，在打桩固定之前就会发生偏斜。

     国外有公司表示，可以提供从风机装备到安装施工、初期运行控制的一整套服务，不过在风场初期运行的相当一段时间内不会提供相关资料——外方心里有一笔账：届时，国外新一代的风机技术将会成熟，中国风电相关产业，包括施工、装备和服务业将被置于不利的竞争地位。如果我们想要跟上国际先进风电技术，必须依靠自主创新。

     经过长期的周密研究，中国首创的“长腿螃蟹”方案脱颖而出——首先，在海底斜着打入8根80多米长、直径1.7米的钢管，围成一个圈；随后在8条“长腿”上浇筑一个直径14米的混凝土承台，相当于“蟹壳”。等“长腿螃蟹”站稳，再将风机整体起吊，站上“蟹壳”，完成安装。此外，由于有一条航道穿越东海风电场区域，设计方还为“螃蟹”设计了一套可抗千吨级船舶撞击的防护装置。

“不可能的方案”连战连捷

    看了这个方案，多家国外厂商都声称，这不太可能实现——他们当然估计错了。

    8条1.7米粗的“长腿”是目前国内最粗的钢管桩，为了将它们插入海底，上海工程机械厂开发出了世界上打击能量最大的柴油打桩机，每次锤击的爆发力超过600吨，打破了由德国保持的世界纪录。

    “长腿”一役获胜，随后就是构建“蟹壳”。“蟹壳”对保持水平要求严格：根基稍歪一点，百米高的风机就要变成“比萨斜塔”。为此，设计方想出了一个施工方案——在8条“长腿”上装一个模子，先在模子里浇一层混凝土，随后放入一个钢制连接段，并用专门调节装置校准水平，再浇筑剩余的混凝土，将连接段埋入“蟹壳”。最后，只留一段直径4.5米的钢管在外，准备与风机下部的塔筒对接。

     接下来，就剩下最核心的问题——如何吊装“大风车”。浩瀚大海，无风三尺浪。如何依靠“随波起舞”的起重船，将30层楼高的大风车严丝合缝地完成对接？其中的诀窍，说白了还真不难懂。就像是给瓶子塞一个瓶塞。

     陆忠民解释说，先在“蟹壳”上搭个“瓶嘴”，上大下小；而风车塔筒底部则另装一个“瓶塞”。起重船就位抛锚后，从运输驳船上吊起风车，小心翼翼地将“瓶塞”放进“瓶嘴”。等“瓶塞”盖好，塔筒和连接段就已基本对齐。之后，只需要微微调节风车，对准上下部件的螺孔，剩下的就是拧螺丝的活了。值得一提的是，为了防止在吊装中因波涛起伏撞坏风车，“瓶塞”底部还设计了一个“软着陆”装置。

     纸上的方案落到实战，还真的就如设想中那般顺利。陆忠民回忆道，3月20日那天，谈不上风平浪静，海上阵风最大有七级。不过，首台风机的吊装当天就顺利完成，天黑前就拧完了最后一个螺栓，自此，哪怕是50年一遇的大风，风车都能安之若素。

     有一个工程细节不能遗漏。当初，就风机的吊装讨论过两个方案：或是一截一截地吊装，让风车在海上逐渐“长高”；或是在陆上装好风车，整体吊装就位。考虑到东海的海况天气，为尽可能利用一年中有限的施工“窗口期”，最终采用的是后一种方案。

“东海经验”或成全国样板

     从2003年启动前期可行性研究，到2006年获得国家发改委立项、开始招标，再到去年得到市科委支持，加紧关键技术研究——6年来，上海勘测设计研究院、三航局、上海电力学院、同济大学、上海交大等，联手上海东海风力发电有限公司，不断闯关，研发投入数千万元。这套风机基础设计方案属“世界首创”。

     眼下，在洋山港，第二和第三台海上风机正在陆上组装。有了首台成功的底气，4月初，它们将被同时装上一艘驳船，运往风电场，再同时完成安装。等3台机组就位，就会转入风机调试，为剩余的31台风机今后安装积累经验。

     据陆忠民透露，前3台风机的上上下下装了许多各式各样的传感器，它们将为设计、施工和运营提供全方位的数据。这将为我国开发总潜力可达3亿千瓦的近海风资源探路，而东海大桥风电场也因此有可能成为全国风电的样板和范例。