日前，中國電建華東院海上風(fēng)電“新型樁-桶復(fù)合基礎(chǔ)研發(fā)及其工程應(yīng)用”入選2021年度中國十大海洋科技進展。這項由華東院發(fā)明并創(chuàng)新設(shè)計的核心技術(shù)，不僅大幅提高了海上施工作業(yè)效率，也為破解海上風(fēng)電走向深遠海、大機組過程中常規(guī)單樁基礎(chǔ)承載力不足等難題，提供可復(fù)制、可推廣、可借鑒的經(jīng)驗與思路，為國家海洋技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展、助力“3060雙碳目標”，發(fā)揮積極作用。

華東院成果入選中國十大海洋科技進展

常規(guī)單樁基礎(chǔ)面臨哪些瓶頸？

海上風(fēng)電工程建設(shè)中，風(fēng)電機組基礎(chǔ)相關(guān)的勘察、設(shè)計、施工等成本占總投資的25%以上，是控制海上風(fēng)電項目經(jīng)濟可行性的決定性因素之一。與多樁基礎(chǔ)相比，大直徑單樁基礎(chǔ)構(gòu)造簡單、施工效率高等特點，成為目前國內(nèi)外海上風(fēng)電領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛的基礎(chǔ)型式。然而，常規(guī)單樁基礎(chǔ)在工程應(yīng)用中經(jīng)常面對以下瓶頸：

1、淺覆蓋層巖基海床應(yīng)用困難

常規(guī)單樁基礎(chǔ)在深厚風(fēng)化巖層、中等埋深基巖海床條件下，因上部覆蓋層土體無法為其提供足夠的承載力，需要嵌入下部“基巖”，而嵌巖施工需要大型鉆機和相關(guān)輔助裝備，海上施工作業(yè)周期長，且面臨鉆孔塌孔等伴生安全風(fēng)險，對項目開發(fā)建設(shè)影響很大。

嵌巖單樁示意

2、難滿足深水域、大單機容量機組需要

在海上風(fēng)電向深水域和大單機容量機組發(fā)展的趨勢下，風(fēng)電機組荷載數(shù)量級增加。常規(guī)基礎(chǔ)如果要滿足承載能力要求，則可能因變得“超大”“超重”，超出現(xiàn)有加工和施工能力，失去可行性，或因加工和施工裝備稀缺導(dǎo)致過高造價。

“新型樁-桶復(fù)合基礎(chǔ)”具有哪些優(yōu)勢？

針對常規(guī)單樁的應(yīng)用瓶頸，華東院海上風(fēng)電新型大直徑單樁-桶復(fù)合風(fēng)電機組基礎(chǔ)（海上風(fēng)機大直徑單樁基礎(chǔ)及其施工方法，專利號：ZL 2013 1 0144668.9），創(chuàng)新地將超大直徑單樁基礎(chǔ)和吸力式桶形基礎(chǔ)相結(jié)合，通過桶體充分調(diào)動樁周土體抗力，提高整體剛度和水平承載性能。

與原嵌巖基礎(chǔ)方案相比，避免了嵌巖施工、樁周沖刷防護施工及嵌巖鉆孔塌孔等伴生安全風(fēng)險，大幅提高海上施工作業(yè)效率，節(jié)約工程造價。同時，為海上風(fēng)電在深遠海和大容量機組發(fā)展趨勢下，克服多樁基礎(chǔ)施工效率低而常規(guī)單樁基礎(chǔ)承載力不足且需要沖刷防護等瓶頸，以及單樁沉樁不到位的補救處理提供了新的解決思路。

工程應(yīng)用：

2020年4月，歷經(jīng)30多小時的連續(xù)奮戰(zhàn)，全球首臺海上風(fēng)電新型大直徑單樁-桶復(fù)合基礎(chǔ)，在莆田平海灣海上風(fēng)電場二期成功實施，實現(xiàn)了替代I型嵌巖單樁（“打-鉆-打”式）。

2021年9月，該基礎(chǔ)實現(xiàn)了對更為復(fù)雜的II型嵌巖單樁（“打-鉆孔、擴孔-澆筑混凝土-打”式）的替代。

“新型樁-桶復(fù)合基礎(chǔ)”施工現(xiàn)場

核心技術(shù) 筑夢蔚藍

海上風(fēng)電新型樁-桶復(fù)合基礎(chǔ)的成功研發(fā)與應(yīng)用，與華東院新能源院博士后團隊及技術(shù)骨干力量的努力密不可分。在國家自然科學(xué)基金、浙江省科學(xué)基金以及我院科技項目的資助和支持下，歷經(jīng)數(shù)年研發(fā)，他們提出了復(fù)合基礎(chǔ)一體化設(shè)計方法和超大直徑桶體負壓下沉控制工藝和裝備體系等系列核心技術(shù)，填補國內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域的空白。

作為海上風(fēng)電領(lǐng)域的先行者，華東院充分掌握國際海上風(fēng)電新技術(shù)、新材料、新方法，設(shè)計建成了一批具有開創(chuàng)意義的海上風(fēng)電工程項目，走出了一條 “對標國際、踐行國內(nèi)、走向國際” 的發(fā)展之路，引領(lǐng)國內(nèi)海上風(fēng)電技術(shù)進步與行業(yè)發(fā)展。

截至2021年底，由華東院勘測設(shè)計和總承包的海上風(fēng)電項目并網(wǎng)規(guī)模突破1600萬千瓦，約占海上風(fēng)電全國并網(wǎng)容量的65%。從渤海到黃海，從東海到南海，華東院海上風(fēng)電團隊積累了各類海洋環(huán)境和地質(zhì)條件下的豐富業(yè)績和經(jīng)驗，以核心技術(shù)筑夢蔚藍。

實現(xiàn)多個“0”的突破，設(shè)計建成：

中國第一根無過渡段單樁基礎(chǔ)、第一座海上升壓站、第一根220千伏三芯海纜；

全球第一根大直徑嵌巖單樁；

全球首個大直徑樁-桶復(fù)合基礎(chǔ)；

全球第一座分體式海上升壓站；

全球首座±400kV海上/陸上柔直換流平臺和首根高壓直流海底電纜；

全球首臺海冰區(qū)域暨國內(nèi)首臺吸力桶導(dǎo)管架基礎(chǔ)；

全球第一個風(fēng)機基礎(chǔ)一體化運輸安裝項目；

國內(nèi)首個“海上風(fēng)電數(shù)字能源服務(wù)平臺”。

近年來，依托“浙江省深遠海風(fēng)電技術(shù)研究重點實驗室”“浙江省海上風(fēng)電大數(shù)據(jù)平臺”“華東海上風(fēng)電省級高新技術(shù)企業(yè)研發(fā)中心”“海上風(fēng)電博士后科研工作站”“院士專家工作站”等高端平臺，華東院承擔(dān)了多項具有戰(zhàn)略性、基礎(chǔ)性、前瞻性的海上風(fēng)電國家重大科技項目，打造了一大批海上風(fēng)電精品工程，持續(xù)為國家海洋技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展、助力“3060雙碳目標”，貢獻智慧和力量。