海冰中的守望者

作为我国首个建于东北海域的风电场，三峡集团所属三峡能源庄河Ⅲ（300兆瓦）海上风电场（以下简称“庄河Ⅲ海上风电场”），面临的最严峻挑战就是——海冰。

近日，记者一行到达庄河Ⅲ海上风电场集控中心。下午4点多，天已渐黑，车行至海岸，记者看到，海面冻了个透。

在我国，海冰主要出现于渤海和黄海北部，每年11月底至12月中旬出现初冰，1月中旬至2月中旬冰情最为严重，3月中旬左右冰期结束。庄河Ⅲ海上风电场位于辽宁省庄河市石城岛东部开阔海域，冬季最低气温可达零下20摄氏度，最大浮冰范围5—15海里，冰厚约5—15厘米。

海冰在海洋中漂浮、碰撞，在阵阵浪潮中带着巨大的力量。如果不加防范，海冰冲击风电塔基可能会造成设备损坏和结构变形，甚至会引起结构共振导致风机叶片断裂。

破解风电场海域海冰问题，此前并没有相关经验和技术可供参考。三峡人主动创新，探索出一条适应极寒环境的技术之路。

抗冰锥结构，是创新成果之一。

▲ 庄河Ⅲ海上风电场的海冰与风机的抗冰锥结构（三峡能源供图）

三峡集团所属三峡上海院通过物理模型试验、原位监测和数值模拟等技术手段，开展了大直径钢管桩抗冰结构承载机理的深入研究，优化了抗冰结构的设计，并为北方地区的海上风电场开发了更具针对性的抗冰基础设施方案。

这种设计利用锥形结构的弯曲作用，能够有效地破坏和引导冰排，最大限度地将冰荷载压缩，进而减小海冰对塔基的撞击力，避免冰层对结构的直接冲击，从而防止了因海冰引发的共振现象，大大增强了风电机组在海冰冲击中的稳定性。

“我参与过我国不同海域的海上风电项目，庄河这边的风机是受海冰影响最大的。”三峡能源江苏运维公司庄河项目部副主任王瑞介绍道。

王瑞面前的电脑屏幕上，风机的各项参数和塔基状态一屏尽显。尽管目前一切都在稳步有序地进行，但王瑞他们依然没有掉以轻心。

▲ 庄河海上风电场的陆上运维中心的工作人员在远程监测海上风机运转情况（左凌仁供图）

寒潮来袭，风电运维人员时刻警惕低温带来的风机叶片覆冰问题，表面结冰会影响叶片气动性能，降低发电效率，严重时甚至可能出现叶片断裂的情况。

王瑞告诉记者，中控室必须有人24小时在屏幕前值守，即使是除夕也不例外。

“如果叶片覆冰，冰层大概需要10小时才能完全融化，这种情况每个冬季会发生一到两次。”王瑞告诉记者。

叶片覆冰的情况下，集控中心会采取停运措施以降低风险。情况更严重时，值班人员还会启用除冰系统或者通过变桨控制等方式来减轻危害。“海冰对风机的影响是方方面面的，不过在项目的设计阶段我们就已经充分预见到了这些问题，也做了相应的防范措施。”

2017年，庄河Ⅲ海上风电场建设了两台七米级、冰锥角度为61.9度的风机。这两台风机在实际运行过程中展现了良好的抗冰性能，但三峡人并不满足于此。

工程师引入“冰期潮位”理论，经反复模拟试验和测算，进一步优化了抗冰设计方案。在确保结构安全的前提下，将抗冰锥高度从7.5米优化到6.5米，冰锥角也由61.9度调整为65度。改进后的抗冰结构设计，在减小冰荷载、抑制冰激振动方面表现更佳。

庄河项目部主任刘宏健向记者介绍了抗冰锥卓越的碎冰功能。

从监控屏幕里看去，海面被硕大的海冰覆盖，而刷着明黄色防腐蚀涂层的风机桩基周围却是大小不一的碎冰，随着汹涌的海浪上下浮动。“抗冰锥结构破坏了撞向桩基的海冰的完整性，被卸了力的海冰就是‘纸老虎’，很难再对风机造成撞击伤害，更不用说间接损伤叶片。”刘宏健介绍。

▲ 2018年1月庄河Ⅲ海上风电场的监控画面，海冰在抗冰锥结构的作用下被击碎（三峡能源供图）

尽管技术创新和设备改造有效缓解了海冰带来的风机损害，但海冰仍给庄河Ⅲ海上风电场冬季日常巡检工作带来了一定困扰。工作人员在极低温度下进行巡检和设备维护工作时，偶尔会面临因海冰导致的航道封闭、船舶抛锚等问题。

“冬季出海运维途中经常会遇到海冰，这些冰会减缓船的速度，延长路途时间，如果再碰上大风，晕船的人可就有得受了。”正当辽宁项目部检修班长张柏讲述以往情况时，大片海冰闯入了大家的视野。好在海冰较薄，范围不大，并不影响原定行程。

▲ 庄河海上风电海域，海冰绵延（周伊萌供图）

▲ 运维人员在去往庄河海上风电海域时遭遇海冰（左凌仁供图）

在庄河Ⅲ海上风电项目所处海域，海冰最厚可达十几厘米。但大部分情况下，这里都是几厘米左右的薄冰，船的马力足够撞碎这些冰。不过遇到堆叠成片的大范围海冰时，只能返航。

▲ 2019年庄河海上风电场运营船只经过海冰区（三峡能源供图）

张柏回忆起去年2月，因海冰过多出现过比较危急的情况。“发动机忽然就抛锚了，就感觉周围一下子特别安静，那天风也很大，海冰被浪推着，一下一下往船上撞。”几个人排查后发现，是海冰堵塞了发动机冷凝水的进水口，导致发动机过热“罢工”。

运维船在这次检修的目的地——海上升压站旁停靠下来。

穿好五点式安全绳、救生衣，戴好安全帽、双钩等设备，运维人员身上已是非常臃肿。

上升压站的爬梯几乎垂直于海平面，底下是汹涌的大海和随着浪潮起伏的船只，船沿不断与升压站桩基碰撞着，而海冰给冬日检修之路再添一层艰难——爬梯在海冰影响下结出了一层光滑的薄冰。

▲ 庄河海上风电场升压站的上行爬梯上结满了冰（左凌仁供图）

▲ 运维人员在铲除海上升压站上行爬梯上的冰（左凌仁供图）

清除掉爬梯上的覆冰后，张柏背起将近二十斤的工具包，轻车熟路地攀上了升压站的爬梯，稳健又迅捷。他行走在升压站的外部走廊上，开始巡检，身后风机由近及远整齐排开，逐渐隐入海平面的氤氲水汽里。

一望无际的大海上，熠熠生辉的，是海面折射而来的阳光，也是这些海冰中守望的人。（中国三峡集团）