新型海上風(fēng)電吊裝維護技術(shù)分析

任冬華

（上海疇萬工程有限公司，上海201512）

1 傳統(tǒng)海上風(fēng)電吊裝維護技術(shù)分析

1.1 吊裝維護要點

海上風(fēng)電吊裝維護的難度較高，為保證吊裝維護的順利開展，可從強化問題預(yù)防、科學(xué)制度運維計劃、強化維護范圍控制、強化事后處理等要點入手。強化問題預(yù)防需保證海上風(fēng)電吊裝維護的定期開展，通過徹底檢查機組設(shè)備狀態(tài)，調(diào)試設(shè)備的各項參數(shù)，更換或潤滑老化的設(shè)備零件，即可真正做到防患于未然；科學(xué)的制度運維計劃需要關(guān)注海上風(fēng)電維護周期的劃分，一般以1 年或2 年為周期。在制訂海上風(fēng)電運維計劃前，各機組運行情況必須由技術(shù)人員充分了解，同時還需要關(guān)注具體的地理條件、未來可能的天氣狀況、機組運行環(huán)境等因素，以此保證維護周期的科學(xué)性和穩(wěn)定性。如經(jīng)濟條件允許，可安裝監(jiān)測設(shè)備于海上風(fēng)電機組處，以此實時監(jiān)測機組部件，海上風(fēng)電吊裝維護可獲得更多的依據(jù)，維護效率提升、突發(fā)狀況概率降低也能夠同時實現(xiàn)。此外，嚴(yán)重故障的發(fā)生可能性也需要在計劃制訂過程中充分考慮，同時，需要充分預(yù)估各個部件出現(xiàn)故障的可能性及可能產(chǎn)生的成本，以此加大重點環(huán)節(jié)監(jiān)測和運維的投入，相關(guān)決策的科學(xué)性與合理性也能更好地得到保障；強化維護范圍控制需關(guān)注出現(xiàn)故障的海上風(fēng)電機組設(shè)備零件，在開展維護檢修過程中，其他部件的預(yù)防性維護檢查也需要同時開展，其他部件是否存在維修和更換的需要能夠由此確定，維護效率的提升可通過這種維修方式實現(xiàn)。海上風(fēng)電維護工作還需要同時檢查其他關(guān)鍵零件，這一方法可有效實現(xiàn)運維成本節(jié)約。

考慮到海上風(fēng)電機組會受到出現(xiàn)故障的關(guān)鍵部件影響出現(xiàn)連鎖反應(yīng)，為保證海上風(fēng)電機組系統(tǒng)的穩(wěn)定性，關(guān)鍵部件的預(yù)防性措施選用必須得到重視。值得注意的是，預(yù)防性維護也存在一定的局限，如維修船需要一次攜帶帶來備用零件和維護工具，雖然能夠在長期層面上實現(xiàn)運維成本節(jié)約，但企業(yè)需要購入更加靈活、更大載重量的船只也會影響初期成本控制；強化事后處理需關(guān)注定期規(guī)律性維護的利弊，以往事后處理多會在故障發(fā)生前不開展某一個區(qū)域部件的日常維護處理，而是故障發(fā)生后由專業(yè)維護人員開展維護，但這種情況可能導(dǎo)致具體的部件故障發(fā)生時間無法及時掌握，而由于預(yù)期準(zhǔn)備工作必須長期做好，且需要儲存對應(yīng)備件，一定的運營成本會因此浪費。對于不重要的設(shè)備，可開展傳統(tǒng)的事后處理，但對于海上風(fēng)電機組來說，受到暴雨、大浪、颶風(fēng)等問題的影響，工作人員應(yīng)關(guān)注危險性較高天氣下維護工作無法開展帶來的影響，同時還需要基于終身學(xué)習(xí)理念不斷強化專業(yè)知識學(xué)習(xí)，以此提升維護的高效性和規(guī)范性[1]。

1.2 海上風(fēng)電運維船

傳統(tǒng)海上風(fēng)電吊裝維護技術(shù)的應(yīng)用往往需要依托海上風(fēng)電運維船，海上風(fēng)電運維船的配置需綜合考慮海上風(fēng)電的離岸距離、機組故障率、氣象海況、運維經(jīng)濟性、發(fā)電能力、維護行為等因素，對于規(guī)模較大的海上風(fēng)電場，一般采用船隊形式，涉及的船舶形式較為多樣，如救援監(jiān)護船、專業(yè)運維母船、專業(yè)運維船、交通艇、專用工程船舶。海上風(fēng)電維護船作為重要交通運維工具，主要用于海上風(fēng)電場運行、維護、施工，主要負(fù)責(zé)儲藏和運輸油品。風(fēng)機配件、日常供給物品、維修工具，并為海上風(fēng)電維護、施工人員提供緊急救助及食宿休息等服務(wù)。海上風(fēng)電運維船配置需遵循一定原則，如海上風(fēng)電場離岸較近且天氣較好，可采用普通運維船。如海上風(fēng)電場離岸較近但天氣復(fù)雜，則需要選擇專業(yè)的先進運維船。如海上風(fēng)電場離岸較遠(yuǎn)且天氣較好，可采用運維母船和普通運維船；如海上風(fēng)電場離岸較遠(yuǎn)且天氣較復(fù)雜，可采用運維母船和專業(yè)運維船。運維船主要參數(shù)會受到風(fēng)況、波高、水深、距離等環(huán)境因素影響，由于相較于陸上風(fēng)電機組，海上風(fēng)電機組的故障率更高，必須關(guān)注海上風(fēng)電運維船面臨的更高難度維護方式和更加惡劣環(huán)境。隨著海上風(fēng)電的快速發(fā)展，向離岸更遠(yuǎn)深海轉(zhuǎn)移的海上風(fēng)電場建設(shè)會導(dǎo)致運維成本不斷提升，更嚴(yán)峻的物流挑戰(zhàn)、更惡劣的氣候條件、更遠(yuǎn)的運輸距離帶來的影響必須得到重視，因此，必須關(guān)注海上風(fēng)電運維船的升級發(fā)展。

2 基于風(fēng)電設(shè)備塔筒結(jié)構(gòu)的吊裝維護技術(shù)

2.1 方案及裝備

海上風(fēng)機大部件吊裝維護一般采用大型安裝船或大型起重船，直升機也可以用于灘涂或近海等地的海上風(fēng)電吊裝維護。但受到快速發(fā)展的風(fēng)電技術(shù)、環(huán)境、風(fēng)能資源減少等因素影響，不斷向大功率、高空間發(fā)展的海上風(fēng)電對海上風(fēng)機大部件吊裝維護提出了一系列新的挑戰(zhàn)，如高200～300m、10MW的機組對起重安裝船或浮吊的起升高度及噸位要求將更大，更為明顯的工作環(huán)境限制也會隨之出現(xiàn)，最終導(dǎo)致海上風(fēng)電吊裝維護的成本進一步提升。為滿足海上風(fēng)機大部件吊裝維護需要，本文將圍繞基于風(fēng)電設(shè)備塔筒結(jié)構(gòu)的吊裝維護技術(shù)開展研究，這一新型海上風(fēng)電吊裝維護技術(shù)方案及裝備能夠?qū)崿F(xiàn)對海上風(fēng)電設(shè)備塔筒結(jié)構(gòu)的充分利用，在無須適應(yīng)大型起重設(shè)備的情況下，將塔筒與吊裝維護設(shè)備連接固定，海上風(fēng)機大部件吊裝維護即可通過其自身吊裝設(shè)備實現(xiàn)。

基于風(fēng)電設(shè)備塔筒結(jié)構(gòu)的吊裝維護裝備主要由運輸系統(tǒng)、提升系統(tǒng)、吊裝維護設(shè)備等組成，即小型運輸船、導(dǎo)軌、支承機架、固定式卷揚機、電氣控制系統(tǒng)、門架、吊鉤組件、起升機構(gòu)、變幅機構(gòu)、液壓抱緊裝置、自升卷揚機。

2.2 工作原理

在基于風(fēng)電設(shè)備塔筒結(jié)構(gòu)的吊裝維護技術(shù)應(yīng)用中，需要使用小型運輸船向海上風(fēng)電塔筒固定樁旁運送吊裝維護設(shè)備，在船體錨定后，保持平穩(wěn)的小型運輸船需基于自身固定的提升系統(tǒng)相軌道所在平面提升吊裝維護設(shè)備，以此沿軌道將吊裝維護設(shè)備送至塔筒固定樁上表面平臺（塔筒下方平臺）上。在自升卷揚機的支持下，吊裝維護設(shè)備可提升至塔筒一定高度，塔筒與吊裝維護設(shè)備的固定采用液壓抱緊裝置實現(xiàn)。門式臂架可通過變幅機構(gòu)實現(xiàn)對風(fēng)機前部與末端的整個覆蓋，變幅機構(gòu)設(shè)置于吊裝維護設(shè)備上，海上風(fēng)機大部件吊裝維護作業(yè)可由此通過使用起升機構(gòu)完成。

2.3 性能特點

該吊裝維護技術(shù)的性能特點包括：

1）以往海上風(fēng)機大部件僅能通過起重船或大型浮吊進行吊裝作業(yè)，施工過程的成本較高，而通過使用基于風(fēng)電設(shè)備塔筒結(jié)構(gòu)的吊裝維護技術(shù)，海上風(fēng)機大部件的吊裝維護得以更為安全、方便、經(jīng)濟、可靠的開展，海上風(fēng)機運維成本可由此大幅減少；

2）起重船及大型浮吊無法駛近近海及灘涂等地，使以往風(fēng)電設(shè)備后期吊裝維護往往難以開展，但基于風(fēng)電設(shè)備塔筒結(jié)構(gòu)的吊裝維護技術(shù)可解決這類問題；

3）基于風(fēng)電設(shè)備塔筒結(jié)構(gòu)的吊裝維護技術(shù)能夠為增速箱、發(fā)電機、風(fēng)葉、輪轂等所有海上風(fēng)電機組大部件的吊裝維護作業(yè)提供服務(wù)，具備較高實用性；

4）基于風(fēng)電設(shè)備塔筒結(jié)構(gòu)的吊裝維護設(shè)備采用傳統(tǒng)的機構(gòu)傳動形式及相應(yīng)結(jié)構(gòu)，具備工作安全可靠、制造運輸成本低、自重輕等特點，并且經(jīng)濟方面優(yōu)勢突出；

5）可有效節(jié)約海上風(fēng)電吊裝維護費用，以3.0MW 海上風(fēng)機機組為例，在大部件吊裝實踐中，大型浮吊每天的租賃費用為150 萬元，1 臺風(fēng)機機組吊裝耗資在千萬元上下，而通過應(yīng)用基于風(fēng)電設(shè)備塔筒結(jié)構(gòu)的吊裝維護技術(shù)，每天臺班及人工費僅為十幾萬元，一次風(fēng)電機組的大部件吊裝作業(yè)也僅需要耗資幾十萬元，海上風(fēng)電吊裝維護成本因此大幅降低。

3 結(jié)語

綜上所述，新型海上風(fēng)電吊裝維護技術(shù)具備較高推廣價值。在此基礎(chǔ)上，本文圍繞基于風(fēng)電設(shè)備塔筒結(jié)構(gòu)的吊裝維護技術(shù)開展的探討，直觀展示了該新型海上風(fēng)電吊裝維護技術(shù)的優(yōu)勢和應(yīng)用價值。為更好地服務(wù)于海上風(fēng)電吊裝維護，如何進一步提升該技術(shù)的安全可靠性、經(jīng)濟性等優(yōu)勢必須得到重點關(guān)注。