刍议海上风电机组吊装的重难点

刍议海上风电机组吊装的重难点

李文杰

保利长大工程 有限公司，广东广州， 510000

摘要：对于海上风电场的建设来讲，其属于一项极为复杂的系统工程，实际操作过程中需要在海上开展机组吊装作业，不但对吊装配套船机设备及吊装技术方案方面有着相对较高的要求，并且还需要面对气候、天气以及海浪等一系列因素的影响和制约，所以海上吊装作业的任何一个失误都非常有可能影响到施工质量以及施工工期。这就要求必须要明确吊装的重难点，然后采取合理措施进行应对，从而提高吊装成效。基于此，文章便针对海上风电机组吊装的重难点做出分析和探讨。

关键词：海上作业；风电机组吊装；重难点

前言：风电属于清洁能源当中蕴藏量相对较大的能源之一，其具备着诸多优点，如可再生、无污染以及投资灵活还有自动控制水平高等。近几年，我国在陆上风力发电基本迈入成熟阶段之后，开始将目光集中到了海上，这使得海上风电开发工作正在快速发展，是我国乃至全球未来能源产业的一个主要发展方向，也是实现碳达峰、碳中和的重要途径之一。但由于海上作业环境相对较为复杂，风电机组吊装工作具有高难度的特点，通过分析和研究其吊装重难点，有助于提高海上风电吊装效率和质量。

1. 海上风电机组吊装类型分析

现阶段，海上风电机组吊装，如果结合吊装方式来看能够将其分为整体吊装以及分体吊装两大类型，其概念大体如下：

1. 整体吊装

对于整体吊装而言，主要指的是在码头有效设置一个组合场地，然后将风机塔筒、机舱、叶片以及轮毂等一系列主要部件提前在码头进行组装，同时在大型驳船当中合理设置一个临时基座，再借助起重机等设备在码头实现吊装就位以及成体，并且有效地在驳船上进行固定。之后需要借助拖轮牵引有效地完成海上运输作业，最终再借助大型浮吊进行整体吊装就位。对于整体吊装来讲，其能够实现风电机组各部件的快速海上就位，例如：对于一台3MW的机组来讲，其海上整体就位时间能够有效控制在12h。但对于整体吊装而言，一系列大型运输以及吊装设备组织协调到位是其工作顺利高效开展的重要前提，必须要用到大型驳船以及浮吊船等设备设施，同时对于码头方面还有着足够大的出运面积以及港池风浪相对较小的要求，要可以有效存放风机设备的措施和场地，切实满足一系列大型起重作业条件，对于水深方面还需要满足大型吊船及驳船进出的要求等^[1]。

2. 分体吊装

对于分体吊装来讲，其属于现阶段海上风电机组安装的一种主要方法，主要指的是依照自下而上的顺序，开展一是下部塔筒，二是上部塔筒，三是机舱，四是叶轮等主要部件的安装工作，其实际安装方法实际上与陆地安装没有太大区别，但对于不同的机组、装备以及环境来讲，在安装细节方面会存在一定的差异性。为了能够保证安装过程中取得良好的稳定性，通常需要借助专业的风机安装船来充当主要安装设备^[2]。

2. 海上风电机组吊装重难点研究

1. 需要受到气候方面的影响

在实际开展海上风电机组吊装作业时，需要受到海洋气候多变特性的干扰，往往风浪、雾、潮汐以及雷暴还有雨等都能够对海上风电机组吊装作业产生非常大的影响。而这其中由于每年季风因素所引发的大风大浪等灾害天气，能够对作业产生极为严重的影响，除此之外，冬季还有可能受到寒潮方面产生的影响。所以一年当中，比较利于吊装作业的时间非常短，这就强调在实际作业之前必须要做好一系列准备工作，充分利用好最佳施工窗口期时间，确保可以在此期间完成风电机组的吊装作业^[3]，不同的海域的实际海况及气候差别大，施工窗口期有很大的差异，在组织吊装前要着重掌握施工海域海况及气候规律，做好施工配套船舶及风机资源的协调组织，其效率是影响施工成本的关键。

2. 海上风电机组吊装作业对装备方面有着较高要求

通常情况下，海上风电机组的吊装作业必须要有专用船只、平台以及大型起重作业船机设备等，特别是近几年5.5兆瓦及以上容量机型得到了有效发展，所以对吊装机械设备有着越来越高的要求。现阶段，对于我国来讲，安装配套设备资源还是处于较为紧缺的状态，因此还应该开展进一步的优化施工方案的组织设计工作，对施工所需的起重船舶、大型储运平板驳与安装船进行提前锁定，结合合理选择陆上存储和海上平台中转存放，充分发挥配套船机的功效，顺利开展施工生产，尽可能地降低施工成本。

3. 风机安装重点难点及解决方法。

1. 1. 安装工程重点、难点分析

1.1.1 恶劣海况对工期的影响

复杂海况受大风、波浪等自然环境影响大，尤其夏季台风期、冬季季风期异常气象条件的影响，根据施工海域气象资料分析海域的涌浪影响，根据以往施工的经验，选择适宜的天气进行施工，如何选择合适的施工窗口期，合理配置船机设备从而顺利组织施工，以满足施工进度的要求，是工程进度控制的关键之一。

1.1.2 塔筒加工制作、运输及安装

塔筒加工尺寸精度要求高，塔筒加工制作及内部设备安装计划需合理谋划，以免影响安装进度；塔筒运输船舶的选型，需具备单航次运输整套塔筒的能力，对其装载能力及运输过程中的安全性应重点分析；结合塔筒的安装计划及气象情况，做好塔筒的运输时间点的选择；塔筒的安装空中对位难度大；需选择满足吊装要求的安装船，其抗浪性及防风能力要适应塔筒安装工期内的海况要求，吊具及安装工具的准备是安装的前置工作，中段、上部塔筒翻身还需特别注意。

1.1.3风机部件安装

目前主流的风机型号为5.5兆瓦以上，叶片长度超过76m，属于目前国内超长叶片，叶片翻身工况及安装工况对船机设备性能及安装作业气象窗口选择要求高；采用自升式风机安装船进行风机部件安装时，支腿的受力地层选择尤为重要。

1.2 安装工程重点、难点应对措施

1.2.1 恶劣海况对工期的影响

针对海况因素对风电安装的影响，应联合各参建单位拟采取如下保障措施。

1.2.1.1指导项目经理部的组建保障措施

督促参建项目经理部成立风电施工专家指导组，选派有丰富海上风电施工经验的项目经理及施工技术人员，充分授权，使其具有足够的决策能力、协调能力，并抽调现场操作经验丰富的风电施工班组，组成精干高效的施工团队，以成熟可靠的施工技术，严谨科学的施工组织，确保施工安全、工期可控。

1.2.1.2在施工进度的安排保障措施

根据项目对总工期的要求，以完成全部主体工程施工的目标来进行相关的施工进度策划，做相对应的资源投入。争取在不利的施工季节到来之前完工，从而大大节省船机设备资源投入，节省工期。

1.2.1.3施工船机设备的选择保障措施

在能满足施工要求的基础上，并且结合现场的波浪涌等参数，配置大型施工船舶，增加船机本身的稳定性。风机分体安装计划投入自升式风机安装船，同时考虑风机安装高峰期时，需提前锁定风机安装船资源，有必要的时候，额外调配安装船等配套船只进行施工。

1.2.1.4施工效率的保障措施

针对施工项目部，督促做好对各施工船舶、作业班组进行详细的技术安全交底，加大人员上岗培训力度，做好做足施工环境的安全保障措施，对关键岗位的船员、班组人员进行富余配置，以保证能连续加班作业，做到人停机不停，在施工窗口期内，确保做到紧张有序高效的施工，确保工期可控。

1.2.1.5准备工作保障措施

督促施工项目部，在开工前的各项准备工作根据施工组织进行细化，包括码头预组装场地、各种起重吊具、专用工具等材料设备均由专人负责跟踪落实，责任到专人；各种船机提前进场等候，注意天气变化，关注做好天气预测。

1.2.1.6防台抗台安全保障措施

对于台风施工期间，参建单位应制定切实可行的防台应急预案，提前谋划各类船舶的防台锚地等，施工船机采取有效的避风措施，对于海上施工辅助设施应固定绑扎牢靠，并形成有效的联动机制。

1.2.2 塔筒加工制作、运输及安装

1.2.2.1选择满足工程要求资质的厂家进行塔筒的加工制作，严格按照招标文件中规定的加工制作标准进行相关项目报验；同时公司派专人驻场跟踪塔筒的生产进度；根据塔筒的施工现场安装计划，制定塔筒加工制作计划，对过程中出现加工制作计划延误的现象，应与生产厂家及时沟通，采取合理追赶工期的措施手段。

1.2.2.2选择合适的自航驳船做为塔筒的运输船，应委托船舶设计院对运输船装载能力及运输过程中的稳性进行分析，确定其计算结果满足相关法律法规的规定及船舶适应项目海域的特点。

1.2.2.3对塔筒出运时间的确定，首先要结合现场的实际施工情况，其次还要根据计划运输航线途径海域的气象情况，依据以上两项内容最终确定塔筒实际出运时间。

1.2.2.4为保证塔筒安装过程中基础腿能顺利与基础钉法兰顺利对接，应提前按照风机厂家安装手册准备好物料及工具，将物料和工具预先放置在基础环内和底段塔筒顶部的平台上；在塔筒下法兰沿水平方向系2 根缆风绳，用以起吊时控制塔筒方向；在基础顶法兰表面外倒角处涂抹一圈密封胶，宽度需满足设计要求。

1.2.3 风机部件安装

1.2.3.1及时关注风机部件安装期间的气象情况变化，加强与地方气象部门的沟通，确定风机部件合理安装时间段。

1.2.3.2针对每个机位地质情况的不同，合理选定安装船支腿入泥深度；同时做好施工前三级交底工作，明确各人员岗位职责；选择经验丰富的风机部件安装队伍，严禁使用无证、无资质的人员和队伍。

1.2.3.3结合项目海域水文气象特点，选则合适的运输船进行风机部件的运输。

1.2.3.4合理利用有效长窗口期，合理安排风机安装顺序，积极与业主单位和风机部件制作单位沟通，保证风机部件供应及时；针对零碎窗口期时间段，及时掌握气象条件变化，采取见缝插针形式进行风机部件安装。

（四）起重机械通常对吊装条件有着严格要求

海上风电机组的吊装作业中，起重机械往往对吊装条件有着相对较高的要求，比如履带式起重机在开展海上吊装作业过程中其水平度很难做出有效控制。除此之外，履带起重机在实际吊装风电机组设备过程中，因为自身重量非常大，再加上设备重量，所以对船的承载力也有着非常高的要求。对此，可以借助调整平板驳船的坐滩位置以及调平起重机，来达到稳定驳船以及保证起重机水平度的目的。另外，还需要对承载起重机的相应船只开展强度核算工作，结合具体的核算结果来有效地对平板驳船开展加固工作，这样可以确保施工船舶在承载力方面切实达到吊装的现实需求。

目前主流采用的支腿式风机安装船，风机安装施工采取“一机一议”的方式，针对每一个机位不同的方位角、水流流向及风向等，合理采取相对应的船舶布置方案，确定最优的船位布置方案，确保施工过程中的安全。如：风机安装拟采用分体与整体安装的施工方式的，即塔筒分节段安装、机舱部件单独安装，轮毂和叶片拼装为整体结构后进行整体安装；风机分体安装采用自升式风机安装船进行施工，风机部件采用自航式平板驳从风机制造工厂码头或风机临时部件堆放码头装船，风机部件运输至施工现场进行安装；轮毂和叶片整体拼装拟在自升式风机安装船甲板面完成，利用自升式风机安装船主副吊钩90°翻身后与机舱对位安装；

风机整体安装采用适合的安装船为工作母船，选用适合的非自航平板驳做为风机运输船，采用拖轮拖带非自航平板驳至施工现场，然后整体安装；风机部件拼装拟租用合适的拼装码头或业主提供的相关场地，内场布置履带吊主要负责风机部件及吊具的安装，待平板驳靠泊码头后，依次在其甲板上完成风机部件和吊具的安装。在施工安装过程中，采用“海洋工程施工船舶管理系统” 实时地高精度监测导管架的位置、朝向、高程和姿态。经过软件计算，可以得到各对接部位的实际位置与设计位置的偏差，同时由可视化监测软件形成数字模拟实时显示，可以多视点、多角度观测各部位的实时位置，用于指导施工安装。

（五）海上风电机组吊装作业必须要严格依照行业相关规范及施工方案开展

在实际开展吊装作业时，应该严格执行施工方案以及规程规范。例如：对于叶片方面的吊装施工，由于叶片受风面积相对较大，所以其稳定性一般很难有效控制，必须要有专门的吊具和可靠有效的稳定措施；对于整机吊装来讲，由于重量相对较大，所以在与基础上法兰进行对接就位过程中，容易受到风浪影响无法做出有效控制，这会促使安装时间相对较长，因此需要借助专门设计制作的相应缓冲定位辅助装置来确保对接就位的准确性。充分借助CAD平面或者是BIM三维模型，能够对吊装关键工序开展有效的工况模拟工作，这样可以更为精准地确定吊装作业时设备与吊机或者是已安装设备之间的安全距离，并且能够选择最为科学合理的吊装站位还有设备就位方式，有助于提高作业的效率以及作业质量。

（六）注重做好防风工作

对于海上风电机组吊装作业来讲，起重船机等设备的防风措施极为关键，应该设置测风仪，同时还需要加强与气象部门之间的联系。通常情况下，在实际吊装塔筒以及机舱过程中，对于10min平均风速一定要保证在≤12m/s；对于叶轮安装过程中，10min平均风速一定要保证在≤10m/s。除此之外，如果在海上作业过程中，遇到一些能够对起重机安全造成严重威胁的大风大浪时，施工人员必须要保证立即停止作业，然后将起重机上载荷开展卸载工作，并且及时将起重臂下放到相应的水平固定位置，同时还需要将船转移到一个相对较为安全的位置。

结语：综上所述，对于海上风电机组吊装作业来讲，其具备着多海况以及高复杂地质条件等特点，所以施工难度要比陆上风电建设大出很多，所以为确保海上风电机组吊装效率以及质量，必须要做好海上风电机组吊装重难点的研究工作。文章先是对海上风电机组吊装类型做出了简要分析，并基于此探讨了海上风电机组的吊装重难点，以此来推动我国海上风电工程建设不断向好发展。

参考文献：

1. 王爱国,杨泽敏,胡宗邱. 浅谈海上风力发电机组安装技术[J]. 水电与新能源,2019,33(11):65-70.

2. 杜宇,胡金雄,王晨旭. 海上风电浮船分体安装运动响应数值仿真[J]. 船舶工程,2020,42(12):13-17.

3. 逯辉. 海上风电单桩基础风机整机安装施工安全管理分析[J]. 中国水运（下半月）,2020,20(3):215-217.

4. 武晓飞. 风浪联合作用下相同导管架基础的2种不同风机机组安装技术研究[J]. 工程技术研究,2020,5(11):143-144.