优化风电场场址勘测与调查：CPT技术的应用

基础最优化设计需要两种数据，即土壤数据和海洋气象数据。

（一）土壤数据

测深数据描述了海床地形和水深；地理数据描述了地基土壤及其成分；岩土工程数据包括了所有用于土地机械建模的土壤参数的。

对于土壤数据，场地专有数据的可靠性越强，设计就会越完美，则鉴定机构强加的限制就越低。

1.岩土工程/地球物理

在概念设计阶段，首先用所有的岩土工程和可用的地球物理知识进行草图研究；综合二者的信息得到关于场址的海水等深地质图。依照可用数据，评估此地图的可靠性，但它应该符合首次基础选型和可行性评估标准。

首先进行钻孔作业。若地基与等深图的结果可靠性不够，需首先钻孔（3～4）。金属切割（或钻孔）可保证初步的地球物理学模型精度。当然，这种作业需要与造价不高且结构简单、可以侧扫声纳的水深测量相结合。

钻孔作业和水深测量相结合得到确保研究准确性的数据包，这些数据量对基础概念级设计也是足够的。基于概念级设计，初步选择基础的数量和质量，此方法便于财政评估，同时，概念级设计也可作为标书中转给安装或结构承包人作为初始文件。

然而，在“详细设计”阶段，这些数据量不够。这个环节需要做一个全面的岩土工程调查，其中包括每台风机点需要做圆锥贯穿试验（CPTs），贯穿深度取决于所选基础类型。若底部土层异于常规，也许要继续增加钻孔工作。CPTs只进行岩土工程参数强度和变形测试，尚未对下部土层的类型做出判断。

重要说明：CPTs是海上风电项目中第一个花费大项，欧洲大概耗费400万～500万欧元，具体数目和风机数量有关。CPTs在详细设计开始前6个月开始进行，要保证有足够的前期准备、执行力度、数据判读及认证。认证通常是一个漫长过程，这是由于对某些岩土工程参数，业界尚未达成一致意见。例如，土壤对周期负荷的反应程度，即在API标准下石油及天然气开采方法中广泛使用的P-y曲线，当将P-y曲线应用到风电时却由于海上风电单桩基础直径过大而产生了许多问题。(www.xing528.com)

另外，目前还要做许多其他的调查，例如，未爆炸弹药；如果表层的地貌很重要，需进行第二轮地球物理调查。

2.地貌

如通常欧洲海上风电场在结构设计过程中需考虑可能出现的沉淀物转移效应。“沙浪”是最重要的效应。由于长期循环在海床上形成浪形，沙浪每年移动数米，浪的宽度超过100m；在结构设计中，对于特定的靠近峰谷的风机机位，北海海床的差异能达到10m以上。这种海床地貌说明了当地水位深度的特殊性，必须考虑到设计中；同时，次地貌也会很大程度影响风机基础质量和固有频率范围。“沙浪”是最明显的“非均匀潮汐流体”，例如，“沙浪”存在于英国和荷兰之间的海峡中。破坏力最强的潮汐流和砂土位移方向大体与“沙浪”方向平行。

（二）海洋气象资料

海洋气象数据涵盖了风速、风向、浪高、海浪方向、周围温度、结冰信息及海运增长量等信息。但对于基础设计，最重要的是风和海浪数据。

与土壤资料不同，只需在详细设计前的6个月开始收集海洋气象资料，而且不可能获得足够多的风资源及海浪数据。为测定长期极端环境，有必要收集更长时间，即15～20年的资料。

然而，利用测风塔测量和收集1～2年风场所在区域的风和海浪数据，或利用海浪浮标专测海浪数据，用这些所得数据校准距风场某段距离的长期测量值，称为追测。追测是相当有价值的处理技术，尤其适合风电场场址距离长期测风数据点位置较远的情况。

追测模型离不开风场具体位置的测量数据。在没有具体位置测量数据的情况下，鉴定机构很有可能将传统的风和海浪数据加入设计规范中。例如，鉴定机构会令设计方使用距离海上风电场较远的测量点处的数据资料，以此作为海浪及风载荷计算的基础。这样可能导致计算出的载荷比直接用风场具体位置的数据高出10%，显著增加了基础安装成本。