船舶海洋技术组 KIM Hosun首席
1. 技术概述
韩国现有海上风电累计运营装机容量仅约 125MW，包含耽罗海上风电场(30MW，3MW 机组 ×10 台)、西南海实证园区(60MW，3MW 机组 ×20 台)、灵光风场(4.5MW，2.3MW 机组 ×15 台)；但目前在建待开发项目总规模达 18.8GW，国家规划目标为 2030 年建成 12GW 海上风电装机。
近期完工的济州翰林海上风场(100MW，5.56MW 机组 ×18 台)等新一代风场均采用 5MW 及以上大型风机，规划配置 15MW 及以上机组的项目数量持续增多。
根据全球风能理事会 GWEC(2022 年)数据，全球海上风电基础中单桩基础占比高达 76%；但业内预测，2023 年起伴随风机大型化趋势，导管架基础需求将迎来大幅增长。从国内在建固定式海上风电项目现状来看，仅一处项目选用单桩基础，其余均规划导管架方案。
导管架支撑结构施工工艺主要分为后打桩与预装桩两类。后打桩工艺为先将导管架安放至海上，再于支腿内部沉桩施工，无需额外水下定位模板，但海上施工周期漫长，在大型风场项目中经济性较差。
预装桩工艺借助水下定位模板预先固定桩基点位，再安放导管架，海外已有大量应用实例，能够缩短工期，提升大型风场项目经济效益。但韩国西南海域分布厚度 60 米以上的软黏土，桩基入土深度需达到 60 米以上；常规重型预装桩模板重达 650 吨、尺寸 32m×32m，存在极大的地基沉降风险。
本次研究课题针对上述痛点，提出两种全新施工工艺。Type 1(预装吸力式工艺)为分体式施工结构，利用夹持器(Gripper) 与灌浆料 (Grout) 连接吸力基础与导管架，吸力基础与导管架分开施工。Type 2 (轻量化预装桩工艺) 搭载井架系统 (Derrick System) 轻量化定位模板，相比海外重型模板减重约 50%，可降低软土地基沉降风险，同时缩短海上安装工期。
本次研究参与单位：主管单位 KBETS；合作单位韩国船级社、现代钢铁产业、浦项 E&C、ZENTECH工程、Kwan soo E&C、MYUNG IL JACK UP海洋、韩国CLAMP、高等技术研究院、高丽大学、公州大学；需求单位科隆环球、全南开发公社。
2. Type 1(预装吸力式施工工艺)
韩国西南海域海床下分布厚度超 60 米的软黏土，传统桩基施工需将桩体入土 60 米以上，基础造价高昂且工期漫长。为解决桩基工艺的上述短板，业内正大力研发工期短、可降低成本的吸力式基础(Suction Bucket Foundation)技术。吸力式基础通过泵体排出内部水体，依靠压差(Differential Pressure)与自身自重贯入海床地基，无需打桩设备即可完成安装；施工噪音、振动小，对海洋环境影响极低。德国 Borkum Riffgrund 1 、英国Aberdeen Bay等海外项目均已有吸力基础落地实证案例。
但随着海上风机大型化(15MW 及以上)，吸力基础与导管架整体拼接后总重量大幅增加，能够承载一体式结构的大型安装船供给不足，只能采取基础与支撑结构分体施工的方案。
本工艺施工流程：先将吸力基础预先贯入海床，再把导管架底部锥形筒体(Cone Cylinder)放置并对接至吸力基础顶部承接结构(Capture)；通过夹持器(Gripper)临时固定后注入灌浆料(Grout)实现永久连接。吸力基础本身可充当桩基定位模板，无需额外水下定位工装；基础与导管架可分开制造、分开运输，制造场地与配套设备均可小型化，同时解决整体构件运输过桥高度受限的难题。
预装吸力式导管架支撑结构外形及夹持器系统(KBETS)
3. Type 2(轻量化预装桩施工工艺)
如前文所述，受西南海域松软地基条件制约，欧洲传统双层预装桩模板自重高达 650 吨，极易造成软土地基沉降，进而导致施工精度下降、工期延误。
为此本课题提出单层轻量化预装桩模板，相较传统模板减重约 50%。为弥补单层结构性能短板，配套搭载井架系统(Derrick System)，采用可精准测控的绞车式结构；同时搭载声呐(Sonar)水下监测系统，即便在悬浮泥沙导致水下能见度极差的工况下，也可实时掌握水下施工状态。
通过减重大幅缓解软土地基沉降问题，依托井架系统的精密控制提升桩基定位精度，提高导管架支撑结构施工便利性为本工艺核心亮点。
轻量化预装桩导管架施工工艺（现代钢铁产业）
4. 后续规划与韩国船级社职责
本研究课题分阶段推进，第一阶段确定试验平台(Test Bed)，第二阶段开展 1/15 比例实证试验。设定量化目标：海上安装工期较现有工艺缩短约 25%；采用高强度钢材实现构件减重 2%~3.5%，搭配高疲劳寿命钢材可额外再减重 5%~10%。
为保障本技术研发顺利落地，韩国船级社将对该套新工艺开展原则性认可(AIP, Approval in Principle)，同步编制基于风险评估的安全作业规范以及运输、安装作业指南。通过 AIP 预先验证新工艺的合理性，编制完成的运输安装指南后续将作为海上质保检验(MWS, Marine Warranty Survey)标准使用，助力实现盈利模式多元化。同时计划将海上风电施工安全作业规范以规范、指南形式制度化，培育国内海上风电施工安全认证业务。
该技术有望实现以往完全依赖进口的海上风电水下基础核心施工技术国产化，并为地质条件相近的海外市场开拓技术出口渠道。