摘要：浙江省海上风能资源丰富，尤其是台风盛行季节，对海上风力发电产能是一个利好条件，但是对于海上风电项目基建期来说，是一个不利因素。本文以浙江省首个海上风电项目为例，介绍台风对海上风电建设的影响及防台过程中积累的经验、对策。
关键词：台风;海上风电;普陀6号海上风电场;基建
浙江省地处我国东部沿海，东西与南北直线距离均约为450km，面积约为10万km2。浙江省地形复杂，地势自西向东北呈阶梯状倾斜，沿海有3000多个岛屿，是我国岛屿最多的省份。区域属亚热带季风气候，四季分明，光照充足，降水充沛，风能资源较丰富，具有较好的大型近海风电场建设条件。
浙江省同时也是我国受台风影响显著的省份。根据监测显示，1949-2017年，共有43个台风登陆浙江，其中33个直接登陆，10个为二次登陆。登陆浙江的大部分台风在西北太平洋上生成后向西北方运动进入浙江沿海。7-9月，是台风登陆浙江最多的时节，占总登陆风数的93%。秋季开始，副热带高压东退南移，台风路径偏南，所以秋台风较难直接影响浙江。
一、浙江舟山普陀6号海上风电场2区工程基本概况及防台设计
浙江舟山普陀6号海上风电场是浙江省首个海上风电示范项目。风电场位于舟山市六横岛东南侧，风场东西长约12km，南北宽约3~5km，总面积约50km2。风场场区内海底地形变化较小，水深在12m~16m之间，风电场中心离六横岛距离约11k，场区主要特点是厚淤泥、大涌浪。整个风电场2区工程总装机容量为252MW，布置63台上海电气4MW风电机组及1座220kV海上升压站。
因风电场地处热带气旋影响区域及沿海大浪区，故对风机选型及基础设计提出了相应的要求[1]。本项目风机设备选用西门子SWT130-4.0机组，是世界上最成熟、占有率最高的海上风电机组。其叶片按照10min最大风速50m/s设计，一体化叶片工艺提升叶片强度；塔架根据实际风场环境工况定制；液压变桨系统可在失电情况下通过UPS继续维持主控工作，指挥风机安全顺桨停机，机组可在失电和无法偏航的情况下，长时间耐受在设计风速范围内的台风眼最恶劣工况。本项目风机基础、升压站基础在设计时，不仅考虑了台风产生的静风载荷超出基础结构极限承载力的情况和台风脉动风产生的动力载荷所引起的结构振动，同时也考虑了台风造成的大涌浪对基础结构产生的冲击和顶托作用所产生的破坏。主要的抗台设计[2]包括：①风机基础采用高桩高承台设计，适当抬高承台底面标高，尽可能减小波浪及涌浪对承台的冲击，保证风机不出现倾覆性破坏；②优化群桩结构，在保证结构安全的基础上，尽可能减小桩径，减小波流力对于基础结构群桩的作用面积；③结合附近海岛海洋资料，将升压站底层甲板标高设置在合理高度，避免出现倾覆性破坏；④升压站主体结构计算中，通过有限元软件对升压站进行应力分析，保证主体结构整体安全。
值得另外一提的是，我项目海上升压站按照大孤岛运行方式进行设计，可以通过海上升压站的柴油发电机组对风电机组内辅助设备进行供电。当系统失电，台风即将来临时，海上升压站的柴油机组可通过海缆对风电机组的偏航系统供电，使风电机组处于安全状态，不会因为台风导致叶片或风机损坏；当台风过境后，系统失电，柴油发电机组通过海缆对风电机组的加热除湿装置等设备进行供电，使风电机组避免处于高盐雾环境。
二、影响项目施工的台风统计及原因分析
自2016年12月首根钢管桩沉桩至今，我项目共计受到17个台风影响，其中2018年12个，2017年5个。台风对海上施工的影响不仅在其风圈范围直接掠过风场海域时产生，通常情况下，台风远距离产生的长波涌浪衰减小、传播速度快、传播距离长，对大型船舶影响高于小型船舶，甚至当台风中心远离风场1000km外，也会因长波涌浪的间接影响而导致停工4天（201821台风飞燕）。根据项目施工所积累的经验：当热带气旋达到强热带风暴级及以上，进入东海海域台风24小时警戒线范围内；或热带气旋达到强台风级及以上，进入西北太平洋48小时警戒线范围内；或热带气旋达到超强台风级，进入东海或南海海域，均会导致我项目海上施工暂停，船舶原地抗风或撤场避风。以此经验作为参考，对往年台风强度及路径加以分析，初步得出2016年对我项目海域造成影响的台风有7个，2015年5个。
经过对比可以发现，今年台风对我项目风场的影远超以往，主要有以下两个原因：
一是台风形成数量异常多——统计近10年来，西北太平洋和南海截至9月底台风生成数量，平均为18.7个。而今年至9月底台风“康妮”形成，西北太平洋及南海已经生成台风25个，较往年同期偏多6.3个。台风如此密集的生成，是气象条件发生变化而综合影响的结果。首先，我们已经知道[3]，拉尼娜年，西北太平洋地区海水温度偏高，对流活动异常活跃，在西北太平洋和南海地区生成及登陆我国的台风个数比正常年份要多。而今年春季太平洋沃克环流增强，太平洋中东部地区海温低于正常水平，发生弱拉尼娜事件，具备易发台风的条件。其次，吴胜安的研究表明[4],澳大利亚冷空气受气压场和地转偏向力的支配与东南信风的迫使，越过赤道侵入北半球，可导致台风生成。而今年澳大利亚冷空气活动频繁，冷空气越过赤道与副热带高压南侧东风气流相遇，形成初始扰动，这些初始扰动在西太平洋表面维持偏暖状态的有利背景下发展，导致台风不断生成。
二是台风登陆点偏北、江浙沪异常偏多——今年有4个台风登陆上海、浙江，较常年在沪浙地区登陆的台风数（1个）异常偏多，为1949年以来最多的年份。王万里的研究所得出的结论[5]:拉尼娜期间副高偏北，大致可以对今年副高位置异常做出解释。今年7月底至8月初，副高西段脊线位置达到了北纬40度附近，较常年同期偏北10个纬度（约1000余公里）,而台风通常沿着副高南侧外围环流场移动，造成今年的台风生成源地偏北、移动路径偏北，从而导致多个台风移向并登陆浙沪沿海。
三、台风对项目工程施工造成的影响及对策
因海上风电工程的特殊性，当台风来临时，对项目管理者的决策力和现场施工人员的执行力都提出了更严苛的要求，以保证项目建设安全、高效推进。
基建期因台风影响而亟待解决的矛盾主要集中在正在组装中的风机和已完成整体安装但未送电的风机上。我项目风机安装采用整体式海上吊装，风机的组拼在自有码头的拼装基地和风机运输驳上完成，主要工艺流程是：下塔筒陆域竖立并安装电气设备→工程驳上安装下塔筒→安装上部吊架→安装中塔筒→安装平衡梁→安装上塔筒→安装机舱轮毂→依次安装叶片→整体吊装。
因台风具有季节多发性和不确定性，若在拼装至叶片的过程中遭遇台风，轻则造成设备损坏，重则可能导致驳船倾覆；而已完成海上整体吊装但未送电的风机不具备自主变桨和偏航的能力，面对台风期间强烈的风速、风向变化，也可能受损。为避免这种情况发生，项目部编制审批了《未送电风机海上防台应急预案》[6]，根据已经形成台风的路径趋势合理安排风机安装进度计划并采取防风保障措施。主要措施有：
1)根据台风对风机安装的影响程度安排安装计划：
①台风预计路径12级风圈在风机组装基地以内，停止平衡梁安装后的所有工作；
②台风预计路径10级风圈在风机组装基地以内，停止叶片安装后的所有工作；
③台风预计路径10级风圈在风机组装基地以外，可进行正常风机安装工作，在台风受影响前，做好防台避风等措施。
2)根据台风行进位置安排风机安装计划：
①若台风预计路径将进入48小时警戒圈，则在天气允许的情况下将风机组装至平衡梁，然后准备防台工作；
②若台风预计路径将进入24小时警戒圈，则在天气允许的情况下将风机组装至上部吊架，然后准备防台工作；
③在风机组装至机舱后，若天气预报存在4-5天的可作业天数，则进行风机叶片组装，并将风机安装至承台，否则应停止组装，准备防台工作，若台风预计路径将进入24小时警戒圈，则应拆下风机机舱和上塔筒，运至后方基地储存，并对运输驳上风机部件进行加固；
④风机组装至叶片后，若台风预计路径10级风圈在风机组装基地以内时，将风机运输船拖航至避风锚地。避风锚地选择在象山港锚地或者公司岱山基地进行防台避风。
3)已经安装完成但尚未送电的风机，尽快开展吊装系统拆除、外爬梯安装、监控系统安装和调试工作，尽快提供送电并网条件。
4)在台风来临前，确认未送电风机叶片处于顺桨状态、偏航控制处于迎风状态、叶轮保持松开状态。
今年7月-10月台风期间共完成14台风机组拼、吊装。经验证，按照上述措施执行效果良好。当获得浙江省水利厅台风预报后，基本能有足够的时间窗口完成目标进度的组装及加固，并在台风影响过后的4天内完成从剩余部件组装至整体吊装的全部施工工序（8台）；暂未发生需要拆卸风机机舱的情况；能够抢在台风影响前的窗口顺利完成整体吊装的风机有3台（14号台风摩羯前完成38#吊装；24号台风潭美前完成45#、46#吊装）。
从管理角度出发，台风影响会打破连续施工的局面，给项目进度管理增加压力。台风造成最直观的影响是可作业天数的减少，以今年台风延误工期为例：7月-10月共计受到12个台风及4个热带扰动影响，仅此造成的施工停滞就达73天，约占4个月总天数的58.9%。其次，台风频发导致可作业窗口碎片化，各工序之间无法形成流水，出现早已达到承台砼养护期而无法拆模、具备辅助平台拆除条件而无法转移等情况。在今年已取得施工、管理经验积累，工效大幅提升的状态下，实际工程进度离预期仍有较大偏差，与台风的频繁影响关系密切。另外，台风期间船舶大规模进撤场，人员登离频次增加、登离条件变差，使得风险成倍扩大，给项目安全管理也增加了难度。
针对上述管理难点，我项目采取的应对措施主要有以下几个方面：
1)结合往年台风情况，对未来中长期的进度安排进行适时调整，确保合理可行；
2)充分利用Windy、船讯网、全球潮汐等APP，对未来中短期风浪、潮汐、船机动态等情况进行掌控，灵活利用施工窗口；
3)成立“驻海工程管理组”和“驻海安全监察组”，将管理关口前移，充分发挥一线管理人员的作用，对未来短期海况变化做出快速反应，精确把握施工窗口；
4)加大施工人员、船机具投入，合理铺开工作面，协调雄程2打桩船进场，实现“两船同打”局面；
四、总结
国电舟山普陀6号海上风电项目建设，在应对台风的过程中所积累的经验及已经过验证的措施，对浙江海域海上风电项目建设可能具有普适性，可供借鉴参考。台风是一把双刃剑，海上风电项目的建设需要从前期调研、设计优化、技术革新、管理创新等诸多方面加以推敲，利用它带来的效益，规避它造成的风险。
参考文献:
[1]上海电气风电集团有限公司.关于上海电气SWT-4.0-130机组抗台可靠性的说明.2018年6月
[2]海上工程抗台、抗涌浪及陆上工程抗台、防内涝设计校核报告.华东勘测设计研究院有限公司2018年6月
[3]翟盘茂.拉尼娜——反厄尔尼诺现象.气象知识,1999年
[4]吴胜安.澳大利亚冷空气活动与西北太平洋台风频次的关系分析.热带气象学报,2013年8月
[5]王万里.厄尔尼诺、地球自转与副热带高压东移之关系.第26届中国气象学会年会季风动力学论坛分会场,2009年10月
[6]国电电力浙江舟山海上风电开发有限公司.未送电风机海上防台应急预案.2018年5月
论文作者:何毓庭
论文发表刊物:《电力设备》2018年第26期
论文发表时间:2019/1/16
标签：台风论文; 风机论文; 海上论文; 风电论文; 项目论文; 浙江论文; 机组论文; 《电力设备》2018年第26期论文;