近日，英國(guó)碳信托公布了一項(xiàng)針對(duì)單樁基礎(chǔ)降本的最新研究成果，根據(jù)報(bào)告顯示，單樁基礎(chǔ)作為迄今為止海上風(fēng)電領(lǐng)域應(yīng)用最多的基礎(chǔ)形式，其制造和安裝成本將進(jìn)一步降低30%。

按照傳統(tǒng)的行業(yè)經(jīng)驗(yàn)，單樁只能安裝在30米以內(nèi)水深區(qū)域，如果超過30米，單樁尺寸過大會(huì)導(dǎo)致很難制造、運(yùn)輸和安裝，其經(jīng)濟(jì)型會(huì)不如導(dǎo)管架基礎(chǔ)及重力式混凝土基礎(chǔ)。但在過去的幾年中，超大直徑單樁基礎(chǔ)在業(yè)內(nèi)得到了驗(yàn)證，并用于很多深水項(xiàng)目。比如荷蘭600MW的Gemini、英國(guó)400MW的Rempion和336MW的 Galloper海上風(fēng)場(chǎng)都在水深超過40米的風(fēng)機(jī)點(diǎn)位安裝了單樁基礎(chǔ)，一次又一次突破了所謂的單樁基礎(chǔ)水深應(yīng)用極限。

但如何降低單樁基礎(chǔ)成本一直以來成為行業(yè)內(nèi)研究的方向。

幾年前，一項(xiàng)名為“樁土分析”（Pisa）的項(xiàng)目應(yīng)運(yùn)而生。該項(xiàng)目由英國(guó)碳信托出資（350萬英鎊）支持，開發(fā)商沃旭牽頭，牛津大學(xué)、倫敦帝國(guó)學(xué)院和都柏林大學(xué)的研究人員參與。


這項(xiàng)研究著眼于圓柱形鋼結(jié)構(gòu)與海底黏土及砂石之間的相互作用，其結(jié)果表明，我們之前的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)“低估了海底土壤的支撐能力，從而導(dǎo)致過度保守的設(shè)計(jì)計(jì)算”。同樣的項(xiàng)目經(jīng)過新的方法計(jì)算，單樁鋼材需求量可減少30%。

碳信托海上風(fēng)電部門主管Jan Mattiesen說：“我們相信，新的方法將對(duì)行業(yè)理解單樁基礎(chǔ)和土壤之間的相互作用方式將產(chǎn)生重大影響，這一成果是行業(yè)和學(xué)術(shù)界多年合作的結(jié)晶。”

迄今為止，行業(yè)內(nèi)已設(shè)計(jì)并使用的海上風(fēng)機(jī)單樁直徑超過8米，重量超1700噸，但其設(shè)計(jì)往往還基于舊的海上油氣平臺(tái)工程設(shè)計(jì)方法。油氣行業(yè)使用的單樁與海上風(fēng)電相比直徑更小、更長(zhǎng)，承受的載荷也不同，這造成了海上風(fēng)電行業(yè)設(shè)計(jì)人員的保守。


Pisa項(xiàng)目的設(shè)計(jì)方法是針對(duì)較大直徑的單樁幾何形狀和特定的風(fēng)機(jī)載荷條件量身打造的，對(duì)于不同場(chǎng)址的不同土壤條件，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)可進(jìn)行“定制優(yōu)化”。“利用新開發(fā)的設(shè)計(jì)模型替換最初為石油和天然氣行業(yè)開發(fā)的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)模型是降低成本的關(guān)鍵。”

Pisa項(xiàng)目中使用的土壤樣本提取自英國(guó)Cowden和法國(guó)敦刻爾克海域，可代表北海典型的海床土壤條件。該項(xiàng)目發(fā)表的8篇論文將在英國(guó)土木工程學(xué)會(huì)網(wǎng)站上發(fā)布，這些新的知識(shí)和方法不僅有利于行業(yè)內(nèi)改進(jìn)風(fēng)場(chǎng)設(shè)計(jì)，也為學(xué)術(shù)界嘗試新的研究方式提供了基礎(chǔ)。

沃旭集團(tuán)目前已經(jīng)在其投產(chǎn)的全球最大海上風(fēng)場(chǎng)Hornsea One及后續(xù)在建風(fēng)場(chǎng)中使用了這種最新的設(shè)計(jì)方法，并認(rèn)為全球的海上風(fēng)電都可以從這種新方法中獲益，它代表了海洋巖土工程設(shè)計(jì)的重大轉(zhuǎn)變，不僅對(duì)降低單樁成本有意義，也讓我們對(duì)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)計(jì)算有了更大的信心。