一台賺4億的40層樓高的風力發電機如何屹立於海洋

（SL5000海上風力發電機）

第一步：在大海上打個8條腿的樁

和其他風力發電設備相比，SL5000風機在主體結構上並無太大差異，也是葉輪+機艙+塔架的三段式結構，但是SL5000風機超過40層樓高，擁有世界最長的葉片，如何把這個「大風車」安穩地放在海面呢？

1、在大海上插風機，比在地面難多了

首先要考慮的關鍵問題在於海上風電機組的基礎結構，也就是我們通常說的底座。

海上風電基座設計與陸地上不同，陸地上足夠深、足夠牢靠的地基基本上就提供所需的結構強度，以保證風機設備穩如泰山。但是海上則不同、需要考慮海底結構、海浪波動、氣候環境等諸多因素的影響。

2、踩在20米厚的淤泥上，一條腿可不夠用

國外海上風電場通常選址在有硬質砂基的海底，承載力較大。而SL5000風機在考慮風能資源優勢、海岸線合理規劃、工程技術優勢及經濟的合理性等問題後，選址在上海東海大橋東側。

（有八個支柱的風機底座被戲稱為「長腿螃蟹」）

該處恰好在長江口區域，10米水深的海底，沉積著滾滾長江千百年來沖泄而來的淤泥，足有20米厚。因此，國外海上風機常用的單樁基礎結構雖然結構簡單、施工速度快，但並不適用於SL5000風機。

3、一個風機八條腿

負責設計SL5000風機基礎結構的上海勘測設計研究院，借鑒了國內外海上風電、石油平台等工程的設計經驗，對基礎荷載、整體頻率、樁基和承台結構進行了大量計算，最終決定採用原創的高樁承台群樁方案，也就是「長腿螃蟹」方案。

首先，在海底斜著打入8（或10）根80多米長像螃蟹腿一樣的鋼管，圍成一個圈；隨後在這些「長腿」上澆築一個混凝土承台，相當於「蟹殼」。等「長腿螃蟹」站穩，再將風機整體起吊，站上「蟹殼」，完成安裝。

此外，考慮到有一條航道穿越東海風電場區域，設計者還為「螃蟹」設計了一套可抗千噸級船舶撞擊的防護裝置。

第二步：地面組裝風機，誤差零容忍

國外安裝海上風電機大多使用配備液壓支腿的移動自昇平台，這種設備可以「伸出腳」在海中「站起來」並完成風機的分段式吊裝，讓風機在海上逐漸「長高」。

但SL5000風機選擇了另一種吊裝方案，即先在陸地上完成風機的整體組裝，使用大型浮吊完成風機的整體吊裝，這是為何？

1、個頭太大的「煩惱」

SL5000風機龐大的體型並非普通風機設備可比，引進國外合適的移動自昇平台合需要高昂的成本。而且東海上風電選址區海底淤泥很深，即使引進相應的施工設備，也可能出現「腳伸進去，但拔不出來」的現象。

因此，先陸上組裝，再海上吊裝的安裝方法，不僅可以避免自昇平台使用不便的問題，同時也可以簡化海上作業流程，儘可能避免複雜的海上天氣狀況對安裝過程的影響。

（國外風機安裝示意圖）

2、陸上組裝：大塊頭間的默契配合

在陸地上組裝風機的葉輪和葉片時，要吊起SL5000風機的超長葉片絕非易事，需要動用兩台大型履帶式起重機同時工作。

由於兩台起重設備的型號並非完全一致，其工作參數也不盡相同。因此保持兩台起重機工作時的同步性是完成葉片安裝的關鍵點，這需要精湛的操作技巧和絕對的默契。

（兩台大型起重機默契配合吊起風機葉片）

當三個葉片安裝完畢，則需將直徑128m的風機葉輪與機艙進行連接，這需要先把平放的葉輪立起來。

同樣採用兩台起重機配合的方式，其中一台負責吊裝兩個葉片，另一台負責另外一個。先共同出力將葉輪水平抬起，當抬到一定高度後，一台起重機退出，緩緩放下一個葉片，使葉輪直立，並完成和機艙的連接。

風機龐大的體積給吊裝操作帶來了極大的挑戰，在操作過程中，任何意外碰撞都會對風機內部結構帶來肉眼不可見的損傷，這種損傷將成為風機使用過程中致命的潛在威脅。

3、大風隨時來搗亂

無論在陸地還是海面，風力發電選址區域的風都會很大。

在海岸上，整機安裝相當於在40層樓的高處，風力作用相比地面要高出1-2級，面積巨大的葉輪隨時有可能因為風而產生位置的偏移。

葉輪由吊車吊起，處於懸掛狀態，擺動難以控制，再加上遠距離遙控所產生的吊車操作延遲，對接安裝工作的難度可想而知。在這種情況下葉輪也不允許與機艙發生任何形式的碰撞，所有這些挑戰都將成為對吊車操作技藝的嚴峻考驗。

第三步：海上吊裝，接受大風大浪終極考驗

完成了陸地上的安裝工作後，進入海上吊裝階段，海風吹，海浪搖的影響不容小覷，海上吊裝的難度更大。

1、「風範號」用鐵臂抱起風機

海上的操作需要實現風機塔架與海上基座上塔筒的對接，在保證對接準確性的同時，需要極力避免安裝過程中的碰撞，防止海上基座的位置發生變動，因為基座微小的偏移都會引起150米高的風機頂端出現巨大的位置偏差。

為保障這個目前世界上最大的海上風電設備的順利安裝，吊裝工作中動用了體型巨大的半潛船（負責將風機從海岸搬運到海上吊裝工作的指定地點）以及中國最大的海上雙臂式起吊船「風範號」。

（「風範號」正在吊裝風機）

「風範號」是中交第三航務工程局為東海大橋海上風電場的風電設備安裝所專門設計的。在2011年SL5000的安裝過程中，「風範號」首次使用四鉤聯動作業方法，以保證安裝作業的平穩進行。

2、讓風機在海面「軟著陸」

即使動用了「風範號」這樣的大傢伙，SL5000與理想位置之間依然存在較大偏差，那在這種情況下，如何實現塔架和塔筒的準確對接而又不引起碰撞呢？

為此施工單位的專家們特意設計了一種防碰撞的塔架軟著陸輔助裝置，這種裝置可以在塔架對準過程中，輔助調整上端塔架和下端塔筒之間的相對位置，實現準確對接，並防止意外碰撞的發生。

（灰色部分為風機軟著陸輔助裝置）

到目前為止，這種防碰撞裝置的技術細節仍處於保密狀態，無法公開，但其基本原理類似於在上端和下端各放置一塊異性相吸的磁鐵，在兩端靠近的過程中，產生吸力，矯正兩端相對位置，以實現準確定位和防止意外碰撞的目的。

結語

風能是取之不盡的清潔能源，對於風能的有效利用是同時解決能源和環境問題的絕佳手段。

自2011年中國自主研發的5兆瓦海上風力發電裝置SL5000的成功安裝並發電併網以來，SL5000在經受了多次極端颱風天氣的嚴酷考驗之後，工作性能良好，這標誌著中國在風能的利用領域進入了全新的階段。

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