海上风电机组运输与安装方式分析

海上风电机组运输与安装方式分析

刘国军

上海振华重工（集团）股份有限公司 200125

摘要:本文以海上风电场的发展背景为基础，然后对海上风电机组的运输与安装方式进行了详细的归纳和总结，为我国海上风电的开发提供了一些有用参考。

关键词:风能;海上风力发电;风机安装;风机发电

一、海上风力发电的发展背景

相对陆上风电场而言，海上风电场本身具有占用较大陆地排水面积、风速比其他陆地大、风向较稳定等多个优点，虽然其工程建造和电网设施连接时的成本相对较高，但是随着海上风能的发电开发，社会经济应用价值和企业社会应用价值得到了越来越多的企业和社会的认可，海上风力发电场建造技术正日趋成熟。但是其在安装操作过程中仍然需要动用大型舰舶船机或者其他设备，如果其所选用的大型船舶或者船机安装操作方法不恰当，将对安装工期和设备建设后的成本造成很大的影响。因此，对大型风电运输机组的海上运输与船舶安装操作方式问题进行深入研究，根据现场实际情况选择最为合理的风电施工设计方案已经变得极为必要。

二、海上风力机组的各种运输及安装方式研究

2.1自升式吊船散装式

自力举升式吊船装置有一台液压自力式吊船升降腿柱，有四股柱腿式和六股柱腿式两种。其四腿柱式在插入船舶海底后可将船体整体横向举升离开海底水面，有效地避免了巨大风浪对船舶吊装作业的不良影响。

该运输安装方式的操作工艺为:①寻找或者新建距离风场较近的预装配码头，将风机各主要部件先后分多批次地装运至航行码头;②在航行码头由陆地履带吊装厂进行塔筒预留和装配，一般塔筒装配部分为一整节，安装内部电缆附件，将整节风机内部控制传动系统电缆安装在一个塔筒底部，内部电缆连接处用电缆栓紧安装，做好后在塔筒顶部连接电缆栓紧预留;③在航行码头由汽车轮毂吊装厂进行机舱预留和装配，将一台机舱及顶部带两个涡轮叶片的汽车轮毂分别组装后形成一个大的整体，海上吊船将机舱和另外一个涡轮叶片分别进行吊装，或者将一台轮毂与三个涡轮叶片分别组装后形成一个大的整体，海上吊船分为机舱和两个轮毂分别进行吊装;④自降直升式客轮吊船要靠岸至码头，将上述一个部分（塔筒、机舱、轮毂或者三个叶片）逐件吊装大船，并按照大船甲板吊装布置示意图逐件吊装进行固定，一般一艘大船要吊装三到五台风力电机;⑤自降直升式客轮吊船要在航行码头至首台风机进行安装固定位置，将风机船腿下降，直至再从船体顶升至风机预定吊装位置;⑥吊装两个塔筒并进行栓接，同时进行吊装塔筒与顶部海缆栓紧连接;⑦吊装两个机舱并进行栓接;⑧吊装两个轮毂或者三个叶片并进行栓紧连接，同时进行机舱与塔筒间电缆连接;⑨船腿提升，吊船撤离，移位至下一机位，重复步骤5、8，直至完成船上的最后一台风机安装;⑩自升式吊船返航，进行下一批次风机装船安装工作。

该系统安装操作方式有效地避开了恶劣海况对风机吊装的不良影响，作业完成效率相当高，平均安装好一台风机只需用时3天左右，工期基本可以确定，避免了整个船队值班作业，仅仅需要一条小型拖轮线来辅助船队值班工作即可，属于一种低成本安装方案。 缺点主要是:大型船舶整体制造工程成本高，造价在15亿左右，一次性维修投资大，造一艘新船大约需要3年左右时间;需要长期重复多次动工和复员，不是很适合进行远距离潜水作业;船舶水深受到深度限制，且一般需要企业提前一年做船舶地质工程可行性研究分析。该解决方案为目前海上民用风机系统安装的一种首选解决方案。

2.2稳性桩浮吊船散装式

稳性吊装桩浮式悬吊是浮吊的一种，现广泛用于强力风机运输安装的该类型浮吊船均为运输大型船舶进行改造而来，由于甲板占地面积较小，一般仅能同时运输两到三台风力电机。

该类型浮吊安装方式相比于传统浮吊，大大降低了恶劣海况对大型吊装设备作业的恶劣影响，作业管理效率相对较高，平均安装好一台风机只需用时3，5天左右;避免了大型船队吊装作业，具有较强自航作业能力，仅仅只需要一条大型拖轮或者辅助人员值班作业即可，属于较低作业成本吊装方案。但其缺点之处是:甲板占地面积小，重复吊装动作和复员频繁，导致作业效率相对较低，不是很适合进行远距离吊装作业;不能完全避免恶劣海况对大型吊装设备作业的恶劣影响，涌浪较大时无法吊装作业，且人员需要及时撤离吊装作业现场，作业管理效率也会大大降低，工期也因此存在较大不确定性;由于受甲板水深深度限制，一般不超过30m。该安装方案可以作为作业过渡期的最佳选择。

2.3普通方驳加装履带吊散装式

现有的航海方驳一般平均吃水在1.5m左右，根据美国海管铺设者的经验，可以使用线性海管绞车及大型渔船的推力辅助下快速行进到海岸高潮水深0.5m以外的任何低潮区域。

该种安装作业方式特别适用于沿海潮间带倒班作业。在较深的浅水域倒班作业时，可考虑加装小型生活箱和集装箱，当然作业条件比较艰苦;在浅水滩涂较浅区域倒班作业时，可以采用两栖车作为主要后勤救援支持，倒班作业人员可寄宿于陆地。该安装方案在沿海涌浪较小的沿海浅水滩涂区域作业具有非常明显的应用优势，滩涂地可以同样综合考虑，效率也会略低一些。

2.4普通浮吊船散装式

该抛锚操作装置方式与自动上升式抛锚吊船类似，区别仅仅在于操作机位旁就位用户的抛锚操作方式，它取代了双腿柱式的支撑式，需要有人辅助操作抛错的吊船或者抛锚需要具有独自航行的能力。

该技术方案设计受远洋海况变化影响严重，涌浪较大时无法执行作业，且船舶需要及时撤离其他作业现场，作业执行效率相对较低，预计平均安装好一台大型风机约需用时7天，工期较长且存在较大技术不确定性;由于风机安装部件为优质玻璃钢，碰撞后容易发生破碎，安装作业风险较大;设计需要配合船队吊装作业;因多数船舶浮吊装船吊高不够，只能使用大型船舶浮吊吊装船，故大型船舶应用资源不容易得到落实。基于上述种种原因，目前尚未发现有媒体报道船舶应用设计的先例，该设计方案最大的技术优势在于设计不受船舶水深深度的限制。

2.5普通浮吊整体运输吊装式

该方案相对于散装运输而言，需要采用大型浮吊或者双扒杆浮吊。一个航次可以在甲板上固定两到三台，由于运输距离较长，为了提高吊装效率，可以考虑驳船运输的方式，浮吊不返航，采用风机整体滑移装驳船，往返运输，提高浮吊的作业效率，节省成本。

该方案大部分工作在陆地上进行，可以有效降低成本，在天气允许出海的情况下，海上安装只需1天就可以结束，效率相对较高，基本不受水深限制。最大的优点是可以在陆地实现部分调试，缺点是需要新建专用的码头，以实现风机的整体组装，费用较高，且选址困难;运输及吊装过程中对天气情况较为敏感，风险较大，运输途中需要考虑避风措施，设备待机时间较长;不适合远距离运输，宜控制在20海里范围内。由于需要多次复员到码头进行整体吊装，因此小型机组若采用该方案则单位千瓦作业效率较低，成本将偏高，随着海上机组大型化，该方案在近海风场建设中将占有一席之地。

三、结语:

在不久的将来我国将更为迫切地需要专用的海上风电机组安装和维护船舶，本文对海上风力机组的安装和运输方式的深入分析，将会为其以后的发展提供有用的理论帮助。

参考文献:

[1]万文涛.海上风电机组运输与安装方式研究[J].船舶工程,2011(02):85-88.

[2]何炎平,杨启,杜鹏飞,谭家华.海上风电机组运输、安装和维护船方案[J].船海工程,2009(04):143-146.