海上風(fēng)機(jī)安裝船的發(fā)展

中船集團(tuán)七○八所 秦琦

近年來(lái)，隨著環(huán)保問(wèn)題的日益突出和能源供應(yīng)的緊張，風(fēng)能作為一種清潔的、可再生的新能源越來(lái)越受到重視，風(fēng)力發(fā)電逐漸成為新能源技術(shù)中最具規(guī)模和最成熟的發(fā)電方式之一。而海上風(fēng)機(jī)的運(yùn)輸和安裝作為風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)的一個(gè)重要步驟，其各種裝備的發(fā)展有望成為風(fēng)能發(fā)電產(chǎn)業(yè)鏈上前景較為樂(lè)觀的市場(chǎng)。

海上風(fēng)電場(chǎng)的發(fā)展現(xiàn)狀

據(jù)了解，風(fēng)力發(fā)電的優(yōu)勢(shì)是不需要燃料、不占用耕地、沒(méi)有污染和運(yùn)行成本低。隨著陸地風(fēng)電場(chǎng)的運(yùn)營(yíng)和海洋技術(shù)的發(fā)展，海上風(fēng)力發(fā)電逐漸開(kāi)始形成，發(fā)展形勢(shì)急劇升溫。選擇在海上建造風(fēng)電場(chǎng)不僅具有廣闊的空間，而且風(fēng)力和風(fēng)能密度大，從未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看海上風(fēng)電場(chǎng)將是一塊巨大的“蛋糕”。

1991年，丹麥建成世界首個(gè)海上風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)，近年來(lái)，海上風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)在研究和實(shí)踐中得以迅速發(fā)展。據(jù)歐洲風(fēng)能協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，截至2008年底，世界海上風(fēng)電總裝機(jī)容量達(dá)到1471MW，相比2000年增長(zhǎng)了16倍，2000～2008年間年均增長(zhǎng)率達(dá)到200%。

從海上風(fēng)電項(xiàng)目在世界各地區(qū)/國(guó)家的分布來(lái)看，歐洲占據(jù)絕大部分的市場(chǎng)份額，其中英國(guó)、丹麥、荷蘭和瑞典是目前世界上最主要的海上風(fēng)電發(fā)展大國(guó)。

世界海上風(fēng)電項(xiàng)目的發(fā)展現(xiàn)狀

注：數(shù)據(jù)來(lái)源于WSH，截至2009年7月。

海上風(fēng)機(jī)的運(yùn)輸安裝

風(fēng)機(jī)的主要結(jié)構(gòu)：海上風(fēng)力渦輪機(jī)主要由葉輪（包括葉片和輪轂）、機(jī)艙、發(fā)電機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)、偏航系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、塔筒、連接件及基座等結(jié)構(gòu)組成。

目前海上風(fēng)電場(chǎng)的規(guī)?；颈３衷?0～100個(gè)風(fēng)機(jī)，單個(gè)風(fēng)機(jī)的功率一般為2～5MW。具體到風(fēng)機(jī)的各個(gè)部件時(shí)，轉(zhuǎn)子的直徑一般為80～120m，機(jī)艙和轉(zhuǎn)子約重200～450t，機(jī)艙的高度在海面70～90m以上。

海上風(fēng)機(jī)運(yùn)輸和安裝的基本過(guò)程：一般而言，海上風(fēng)機(jī)的典型運(yùn)輸和安裝主要包括以下過(guò)程：風(fēng)機(jī)基座的運(yùn)輸和安裝；塔筒的運(yùn)輸和安裝；機(jī)艙、葉片的運(yùn)輸和安裝（有時(shí)候塔筒和機(jī)艙一起安裝，最后單獨(dú)進(jìn)行葉片的安裝）。關(guān)于葉片的安裝，有時(shí)是機(jī)艙和兩片葉片同時(shí)安裝，然后再安裝第3片葉片。當(dāng)然還有一種風(fēng)機(jī)的安裝方式是將整個(gè)風(fēng)機(jī)直接吊裝在基座上，這種方法比較適用于安裝近海岸的風(fēng)機(jī)。

風(fēng)機(jī)運(yùn)輸安裝船舶

海上風(fēng)機(jī)的運(yùn)輸和安裝作為風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)的一個(gè)重要步驟，其各種裝備的發(fā)展有望成為風(fēng)能發(fā)電產(chǎn)業(yè)鏈上前景較為樂(lè)觀的市場(chǎng)。

主要類型：海上風(fēng)機(jī)的運(yùn)輸和安裝一般依靠風(fēng)機(jī)安裝船完成，主要包括重型浮吊船、自升式駁船、起重駁船等常規(guī)的工程船和專門設(shè)計(jì)的風(fēng)機(jī)安裝船等。

在海上風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)的初期，風(fēng)機(jī)的安裝主要采用重吊船、自升式駁船以及改裝的風(fēng)機(jī)安裝船。隨著海上風(fēng)電行業(yè)的大力發(fā)展，風(fēng)電場(chǎng)開(kāi)始出現(xiàn)新建的專門適用于海上風(fēng)機(jī)安裝的船舶。

風(fēng)機(jī)安裝船的方案選擇：由于受風(fēng)機(jī)的臺(tái)數(shù)和功率、離岸距離、水深等因素的影響，風(fēng)電場(chǎng)的建設(shè)過(guò)程中所選擇的風(fēng)機(jī)安裝船各有不同。比如歐洲大部分海上風(fēng)電場(chǎng)所在的海域水深一般為30m左右（部分在40～45m之間），這種水深就比較適合選擇自升式船作為風(fēng)機(jī)安裝船。

在已建成的風(fēng)電場(chǎng)中，我們可以看出不同風(fēng)電場(chǎng)選擇的安裝船不同。Egmond aan Zee海上風(fēng)電場(chǎng)需要運(yùn)輸和安裝36個(gè)Vestas V90型3.0MW風(fēng)機(jī)，方案采用“Sea Power”號(hào)風(fēng)機(jī)安裝船運(yùn)輸風(fēng)機(jī)，同時(shí)采用“Sea Energy”號(hào)風(fēng)機(jī)安裝船安裝風(fēng)機(jī)；在Lillgrund海上風(fēng)電場(chǎng)的建設(shè)中，選擇了“Sea Power”號(hào)風(fēng)機(jī)安裝船進(jìn)行48個(gè)西門子2.3MW風(fēng)機(jī)的運(yùn)輸和安裝。

典型風(fēng)機(jī)安裝船介紹：風(fēng)機(jī)安裝船的自升系統(tǒng)以及起重系統(tǒng)、航速、載重量等參數(shù)決定了其工作性能，是影響風(fēng)機(jī)經(jīng)濟(jì)性和安裝安全性的主要因素。

歐洲Storeb lt集團(tuán)于1990年訂購(gòu)的重吊船“Svanen”號(hào)最初用于橋梁的組裝，目前也應(yīng)用于風(fēng)電場(chǎng)的建設(shè)。該船主要承擔(dān)單柱式基座的安裝，它的起吊能力達(dá)到8700t，足以安裝目前的單柱基座（最大重600t）。該船采用雙體結(jié)構(gòu)，較大的船體能夠提高船舶的穩(wěn)定性。目前“Svanen”號(hào)將能夠在最大工作水深為40m的水域進(jìn)行下一代單柱基座的安裝，基座上的風(fēng)機(jī)將達(dá)600～800t，功率約為5～7MW。

◆ 改裝后的風(fēng)機(jī)安裝船“Sea Power”號(hào)

據(jù)了解，世界知名的海上風(fēng)機(jī)安裝服務(wù)商A2SEA公司的“Sea Power” 號(hào)船是一艘典型的經(jīng)過(guò)改裝的風(fēng)機(jī)安裝船。2001年改裝以來(lái)，該船參與了歐洲許多海上風(fēng)電場(chǎng)的建設(shè)，如Horns Rev海上風(fēng)電場(chǎng)（2002年）、Frederikshavn風(fēng)電場(chǎng)（2003年）、Kentish Flats海上風(fēng)電場(chǎng)（2005年）、Egmond aan Zee海上風(fēng)電場(chǎng)（2006年）、Lillgrund海上風(fēng)電場(chǎng)（2007年）等。

◆ 多用途風(fēng)機(jī)安裝船“NG-7500-HPE”號(hào)

荷蘭GustoMSC公司作為世界領(lǐng)先的海洋裝備設(shè)計(jì)商之一，設(shè)計(jì)了多型海上風(fēng)機(jī)安裝船，如NG系列自航自升式船。自航自升式多用途船“NG-7500-HPE”號(hào)能夠在北海45m深的風(fēng)電場(chǎng)作業(yè)。4條樁腿配備有高性能提升系統(tǒng)和斜向載荷系統(tǒng)，有利于風(fēng)機(jī)更快、更方便地安裝。該船安裝有一臺(tái)800t的重吊機(jī)，起重能力高、起吊距離大、懸臂直徑小及360°全方位選擇等特性構(gòu)成了吊機(jī)的操作優(yōu)勢(shì)。主甲板局部采取加強(qiáng)結(jié)構(gòu)，可以更好地運(yùn)輸風(fēng)機(jī)。此外，該船還可以用于海上油氣業(yè)務(wù)。

◆ 專用的風(fēng)機(jī)安裝船“Mayflower Resolution”號(hào)

由于普通的工程船并不能完整的進(jìn)行整個(gè)風(fēng)機(jī)的海上運(yùn)輸和安裝，因此海上風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)急需一型專用的風(fēng)機(jī)安裝船。2002年，Mayflower能源公司與中國(guó)山海關(guān)船廠簽訂世界上首艘專用于風(fēng)機(jī)安裝的船舶“Mayflower Resolution”號(hào)的建造合同，該船于2004年開(kāi)始服役?！癕ayflower Resolution”號(hào)具備自升和自航能力，并且具有較高的安裝效率。該船擁有較大的載貨能力、淺吃水、適應(yīng)惡劣天氣，一次能夠運(yùn)載10臺(tái)風(fēng)機(jī)，一年能夠安裝的風(fēng)機(jī)超過(guò)200臺(tái)。該船擁有6根樁腿，能夠在安裝海上風(fēng)機(jī)時(shí)升至離海面3～46m的距離。

◆ 新一代風(fēng)機(jī)安裝船“Blue Ocean Ships”號(hào)

繼開(kāi)發(fā)出世界首艘風(fēng)機(jī)安裝 船“Mayflower Resolution”號(hào)后，丹麥Knud E.Hansen A/S公司日前又為Blue Ocean公司開(kāi)發(fā)出新一代風(fēng)機(jī)安裝船“Blue Ocean Ships”號(hào)。

“Blue Ocean Ships”號(hào)能夠獨(dú)立完成風(fēng)機(jī)安裝全過(guò)程，包括從打樁到連接件、塔筒的安裝以及最后機(jī)艙和葉片的組裝。新一代安裝船的裝載量比以前提高許多，而且安裝過(guò)程經(jīng)過(guò)優(yōu)化，比如船舶甲板上可以運(yùn)載整套風(fēng)機(jī)，這樣有利于節(jié)省安裝時(shí)間。該船的主要特色是6個(gè)桁架樁腿和特殊設(shè)計(jì)的吊裝裝置可以為船舶提供優(yōu)異的性能和安裝效率，1200t的起重機(jī)能夠?qū)?00t的機(jī)艙安裝在離水面120m的塔筒。據(jù)了解，目前許多自升式風(fēng)機(jī)安裝船采用3條或4條樁腿，由于海洋環(huán)境的不穩(wěn)定，船舶很容易出現(xiàn)安全問(wèn)題。而新開(kāi)發(fā)的“Blue Ocean Ships”號(hào)即使其中一條樁腿出現(xiàn)問(wèn)題，仍能夠保持安全，而目前大部分安裝船無(wú)法達(dá)到這種安全性。該船采用DP2動(dòng)力定位系統(tǒng)，能夠在60m水深處作業(yè)。與同類型船舶相比，新一代安裝船的航速相對(duì)較高，達(dá)到14kn，這樣有利于減少航行時(shí)間和增加操作時(shí)間。此外，船上擁有大型起重機(jī)和寬闊的甲板，因此可以運(yùn)輸和起吊海洋油氣工業(yè)中的大型模塊，中型直升機(jī)平臺(tái)和大型月池可以支持ROV操作和其它海洋工作。

海上風(fēng)電場(chǎng)的未來(lái)發(fā)展

據(jù)歐洲風(fēng)能協(xié)會(huì)預(yù)測(cè)，到2030年，海上風(fēng)電裝機(jī)量約占世界風(fēng)電總裝機(jī)總量的比例將提高至40%。海上風(fēng)電的投資也從2008年開(kāi)始保持快速增長(zhǎng)，未來(lái)海上風(fēng)電場(chǎng)的發(fā)展?jié)摿Ψ浅＞薮?。具體到中國(guó)而言，中國(guó)海上風(fēng)能資源相當(dāng)豐富，據(jù)中國(guó)可再生能源行業(yè)協(xié)會(huì)的研究報(bào)告估計(jì)，中國(guó)潛在的海上風(fēng)能總量達(dá)到750GW。

海上風(fēng)電場(chǎng)的發(fā)展將越來(lái)越快，未來(lái)可能朝著風(fēng)機(jī)更大、水域更深、成本更低、安全性更高、基座型式更多的方向發(fā)展，比如倫敦Array風(fēng)電場(chǎng)未來(lái)可能會(huì)擁有300多臺(tái)最大功率達(dá)7MW的風(fēng)機(jī)。因此，這些特點(diǎn)都將對(duì)未來(lái)風(fēng)機(jī)安裝船的設(shè)計(jì)和建造提出更高要求。

2002～2020年風(fēng)機(jī)的發(fā)展預(yù)測(cè)

綜上所述，未來(lái)全球?qū)π履茉吹男枨髮⒋龠M(jìn)海上風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目的建設(shè)，進(jìn)而促進(jìn)海上風(fēng)機(jī)安裝船市場(chǎng)的發(fā)展；另一方面，海上風(fēng)電場(chǎng)高效建設(shè)和風(fēng)能經(jīng)濟(jì)性利用的要求將促使海上風(fēng)機(jī)安裝船的性能進(jìn)一步地提高。