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负压式沉箱水下基础(上):技术介绍

April 27, 2022 Wind InfoLink

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负压式沉箱水下基础将于台湾亮相

沃旭能源大彰化西南第二阶段及西北海上风场于 2022 年 3 月 2 日通过环境差异分析报告审查,变更项目包含风机大型化及增设负压式沉箱水下基础(Suction Bucket Jacket, SBJ),计划于部分区域引进负压式沉箱水下基础相关技术。由此一来不需使用打桩工法来进行安装,能够降低水下噪音,减少水下基础安装工程对海洋哺乳类动物的影响。

负压式沉箱水下基础介绍

SBJ 是由底部开口的钢制圆桶及顶盖组成,其原理为利用沉箱自重及沉箱的内外压力差以贯入海床,沉箱首先藉由本身重量下沉,抵达海床一定深度时,透过抽水设备在沉箱及海床间的密闭空间进行抽水来产生负压力。这时海床亦会产生阻力,包括沉箱裙翼内外壁的摩擦力及尖端阻力,当沉箱自重及负压大于海床阻力时,基础即能顺利贯入海床。而 SBJ 能以单脚或多脚形式使用,取代三脚及套管式的基桩。

然安装沉箱基础前需进行缜密的工程分析及计算,土壤条件对于阻力计算则有很大的影响,因此在前期的评估需将渗流力纳入考虑。举例来说,渗透性较高或颗粒较大的砂土会导致海水往沉箱内部渗流,降低沉箱下沉受到的阻力,使沉箱贯入速度过快,可能导致钢桶产生挫曲,此时则需调整钢板的厚度。纯看土壤条件的话,负压是沉箱技术在软弱黏土层以及低强度之土层中较能达到良好的效果。

安装不须打桩,退役后易于拆除

相较于根桩式水下基础,SBJ 具备以下优势:

  • 施工过程不需大型打桩机具

  • 可于陆上先行施作,减少海上作业时间

  • 几乎无噪音,对海洋生物相对友善

  • 运用下沉原理,拆除时透过增加基础内部的压力即可使基础脱离海床土壤,能够完全移除

SBJ 无论是在安装或拆除上皆相对容易,成本也较低廉,亦能实现永续生态发展。

以下为各类型水下基础的比较图:

各類型水下基礎比較圖

结论

目前 SBJ 在全世界仅有几项海上风场实绩,设计及安装经验不足及成本尚未达到规模经济等皆是其现阶段的发展限制。不过考虑环境永续意识逐渐抬头,SBJ 在安装及除役上具备环境友善一大优势,未来将有机会成为主要水下基础型态。

数据源

Martin Achmus、Christian Schroeder、郭玉树、陈克维 (2014). “离岸风机负压沉箱基础之基本设计概念” 地工技术, 2014年12月号, No. 142, pp.35-42.
郑伟成、林晓琪 (2019). “离岸风力机的双脚─水下基础技术简述”  能源资讯平台
郭玉树、林启圣、杨捷有、陈威廷、许家维 (2019). “不同安装流量对负压沉箱基础抗拉拔承载力之影响” 台湾能源期刊, 第六卷第三期, 第257 – 268页, 中华民国108年9月
台湾经济部能源局

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