遠(yuǎn)海自升式風(fēng)電一體化運(yùn)輸與安裝探討

黃艷紅，王俊杰

（中交三航（上海）新能源工程有限公司，上海 200137）

引言

隨著海上風(fēng)電建設(shè)逐漸走向遠(yuǎn)海，一方面大容量風(fēng)機(jī)部組件的運(yùn)輸對運(yùn)輸提出了更高的要求，另一方面現(xiàn)有的施工工藝對更為惡劣的風(fēng)浪流條件適應(yīng)性降低，整體式安裝的浮態(tài)起重船受風(fēng)浪的影響更大，而分體安裝的自升式風(fēng)電安裝船雖然通過抬升實(shí)現(xiàn)靜對靜的作業(yè)環(huán)境，但為其運(yùn)輸風(fēng)機(jī)部件的運(yùn)輸駁卻受涌浪的影響較大，成為安裝施工中的薄弱環(huán)節(jié)，影響了工效。因此，自升式風(fēng)電安裝船采用一體化運(yùn)輸與安裝對推進(jìn)遠(yuǎn)海風(fēng)電場建設(shè)具有重要意義。本文基于施工工藝技術(shù)層面開展了研究，對于非自航自升式風(fēng)電安裝船的拖航穩(wěn)定性和多套風(fēng)機(jī)部件堆疊運(yùn)輸?shù)姆纼A覆措施等尚需進(jìn)一步深入研究。

1 國內(nèi)外風(fēng)機(jī)安裝技術(shù)現(xiàn)狀

1.1 國外風(fēng)機(jī)部件運(yùn)輸方式

1）塔筒垂直運(yùn)輸

國外海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)所有塔筒均采用垂直運(yùn)輸方式，海上風(fēng)電場風(fēng)機(jī)塔筒垂直運(yùn)輸如圖1 所示。塔筒垂直運(yùn)輸?shù)鬃ぱb焊接在自升式風(fēng)電安裝船甲板面上，塔筒與垂直運(yùn)輸?shù)鬃ぱb通過若干螺栓連接。底塔筒有塔筒門，螺栓連接、拆卸操作進(jìn)出底塔筒較為方便；而中塔筒和頂塔筒沒有門，塔筒垂直運(yùn)輸?shù)鬃ぱb考慮一定的設(shè)計高度，并在工裝側(cè)面預(yù)留一定大小的開口，方便進(jìn)出中塔筒和頂塔筒，進(jìn)行螺栓連接和拆卸工作。

圖1 塔筒垂直運(yùn)輸

2）多層葉片或葉輪堆疊運(yùn)輸

國外自升式風(fēng)電安裝船運(yùn)輸葉片，一般采用多層葉片堆疊運(yùn)輸方式，如圖2 所示。

圖2 葉片多層堆疊運(yùn)輸

1.2 國外風(fēng)機(jī)安裝技術(shù)現(xiàn)狀

國外采用自升式風(fēng)電安裝船進(jìn)行風(fēng)機(jī)安裝的施工工藝流程主要為：風(fēng)機(jī)部件運(yùn)輸至施工現(xiàn)場后，底塔、中塔、頂塔采用垂直吊裝方式；葉片安裝采用單葉片安裝方式或者葉輪整體吊裝方式，施工工藝流程如圖3 所示。

圖3 國外自升式風(fēng)電安裝船風(fēng)機(jī)安裝工藝流程

1.3 國內(nèi)風(fēng)機(jī)安裝技術(shù)現(xiàn)狀

由于國內(nèi)自升式風(fēng)電安裝船資源有限，近海海域一般采用運(yùn)輸駁運(yùn)輸風(fēng)機(jī)部件，自升式風(fēng)電安裝船只在風(fēng)場內(nèi)移動進(jìn)行風(fēng)機(jī)部件的吊裝。目前國內(nèi)自升式風(fēng)電安裝風(fēng)機(jī)安裝施工工藝流程主要為：首先底塔筒在碼頭進(jìn)行預(yù)拼裝；然后采用三艘駁船將風(fēng)機(jī)部件運(yùn)輸至海上：第一艘駁船運(yùn)輸?shù)姿?、中塔、頂塔，底塔垂直運(yùn)輸，中塔、頂塔水平運(yùn)輸，第二艘駁船運(yùn)輸機(jī)艙、輪轂，第三艘駁船運(yùn)輸葉片；然后自升式風(fēng)電安裝船在海上進(jìn)行風(fēng)機(jī)部件吊裝，底塔垂直吊裝，中塔、頂塔抬吊翻身后安裝，葉片采用單葉片吊裝方式或在海上將葉輪拼裝后進(jìn)行葉輪整體吊裝。施工工藝流程如圖4 所示。

圖4 國內(nèi)自升式風(fēng)電安裝船風(fēng)機(jī)安裝工藝流程

2 一體化風(fēng)機(jī)運(yùn)輸與安裝方案

2.1 技術(shù)研究參數(shù)

以1 200 t 自升式風(fēng)電安裝船“三航風(fēng)和號”、西門子SWT-4MW 風(fēng)機(jī)為研究對象，進(jìn)行自升式風(fēng)電安裝船多套風(fēng)機(jī)運(yùn)輸和安裝技術(shù)研究。

“三航風(fēng)和”號可以在水深50 m 范圍內(nèi)泥砂質(zhì)海底海域或相類似海域按自升式平臺型式進(jìn)行作業(yè)，也能夠在浮態(tài)時降載吊重作業(yè)，主要技術(shù)參數(shù)見表1 所示[1]，船舶實(shí)景照片如圖5 所示。

表1 1 200 t 自升式平臺船主要技術(shù)參數(shù)

圖5 1 200 T 自升式平臺船“三航風(fēng)和”號

選擇西門子SWT-4.0 MW 機(jī)型進(jìn)行“三航風(fēng)和”號海上風(fēng)機(jī)分體安裝施工可行性研究，風(fēng)機(jī)參數(shù)如表2 所示。

表2 西門子4 MW 風(fēng)機(jī)參數(shù)表

2.2 總體施工工藝流程

采用1 200 t自升式平臺船“三航風(fēng)和”號進(jìn)行西門子4 MW 風(fēng)機(jī)分體安裝的主要施工工藝為：自升式平臺船將兩套風(fēng)機(jī)部件運(yùn)輸至海上相應(yīng)施工機(jī)位，底塔、中塔、頂塔采用垂直運(yùn)輸方式，葉片采用兩層錯位堆疊運(yùn)輸方式；底塔垂直吊裝；中塔垂直吊裝；頂塔垂直吊裝；機(jī)艙+輪轂吊裝；單葉片吊裝；流程如圖6 所示。

圖6 1 200 t 自升式平臺船風(fēng)機(jī)分體安裝施工工藝流程

2.3 風(fēng)機(jī)部件運(yùn)輸方案

平面布置需要考慮的因素如平臺荷載平衡、吊機(jī)作業(yè)半徑、安裝順序是否沖突、安裝一臺后平臺荷載的平衡、減少迎風(fēng)面積、頂塔與臂架是否沖突等方面。

在“三航風(fēng)和”號甲板面上布置裝載方案，“三航風(fēng)和”號可運(yùn)輸兩套完整的風(fēng)機(jī)部件，兩套風(fēng)機(jī)塔筒均采用垂直運(yùn)輸方式。機(jī)艙、輪轂預(yù)拼裝后再裝載運(yùn)輸，運(yùn)輸?shù)鬃蓮S家提供。葉片運(yùn)輸考慮到拖航過程中的安全性和吊裝的易操作性，可以采用上下兩層錯位堆放的方式，廠家運(yùn)輸過來的葉片連同單葉片運(yùn)輸工裝一起起吊，裝載在“臺階式”葉片運(yùn)輸支架上，單葉片運(yùn)輸工裝與“臺階式”葉片運(yùn)輸支架采用焊接或花籃螺絲連接，“臺階式”葉片運(yùn)輸支架與“三航風(fēng)和”號甲板面焊接固定。運(yùn)輸方案如圖7 所示。

圖7 “三航風(fēng)和”運(yùn)輸兩套風(fēng)機(jī)部件示意圖

2.4 風(fēng)機(jī)部件安裝方案

與傳統(tǒng)自升式風(fēng)電安裝船風(fēng)機(jī)分體安裝技術(shù)的主要不同是：所有塔筒垂直運(yùn)輸?shù)胶Ｉ舷鄳?yīng)安裝機(jī)位后，無需抬吊翻身豎立，可直接安裝專用吊具進(jìn)行塔筒垂直吊裝，塔筒垂直吊裝示意圖如圖8 所示。

圖8 塔筒垂直吊裝示意圖

3 優(yōu)點(diǎn)及工效分析

工效從兩個方面考慮，一個是運(yùn)輸駁進(jìn)點(diǎn)以及可能的涌浪限制導(dǎo)致的施工有效日減少，二是翻身等動作的減少帶來的工效提高。

根據(jù)外海施工條件和施工經(jīng)驗(yàn)，傳統(tǒng)自升式風(fēng)電安裝船風(fēng)機(jī)分體安裝施工工藝安裝1 臺風(fēng)機(jī)需要3 個有效工作日，工效分析如圖9 所示。自升式風(fēng)電安裝船多套風(fēng)機(jī)運(yùn)輸安裝施工工藝，中塔、頂塔無需抬吊翻身，每臺風(fēng)機(jī)安裝可節(jié)約0.5 個有效工作日，平均安裝1 臺風(fēng)機(jī)需要2.5 個有效工作日，工效分析如圖10 所示。

圖9 傳統(tǒng)自升式風(fēng)電安裝船分體安裝施工工效分析

圖10 自升式風(fēng)電安裝船多套風(fēng)機(jī)運(yùn)輸安裝施工工效分析

自升式風(fēng)電安裝船多套風(fēng)機(jī)運(yùn)輸安裝施工工藝，單船可運(yùn)輸兩套完整風(fēng)機(jī)部件，所需船機(jī)設(shè)備少，比傳統(tǒng)自升式風(fēng)電安裝船風(fēng)機(jī)分體安裝施工工藝少租用2 艘3 000 t 自航運(yùn)輸駁和1 艘定位船。自升式風(fēng)電安裝船多套風(fēng)機(jī)運(yùn)輸安裝施工工藝，所有塔筒采用垂直運(yùn)輸、垂直吊裝的方式，不需主、輔起重機(jī)抬吊翻身，簡化了施工流程。且主吊機(jī)在進(jìn)行塔筒、機(jī)艙+輪轂的吊裝過程中，輔吊機(jī)可以同時進(jìn)行葉片吊裝的準(zhǔn)備工作，可使整個風(fēng)機(jī)安裝過程更緊湊，平均每臺風(fēng)機(jī)分體安裝可節(jié)約0.5 個有效工作日，施工工效高，經(jīng)濟(jì)效益好。

4 結(jié)語

海上風(fēng)電施工作業(yè)窗口期短，受風(fēng)浪流等環(huán)境因素影響大，隨著海上風(fēng)電建設(shè)逐漸走向深遠(yuǎn)海，傳統(tǒng)采用駁船運(yùn)輸風(fēng)機(jī)部件，自升式風(fēng)電安裝船只在風(fēng)電場內(nèi)進(jìn)行風(fēng)機(jī)分體安裝的施工工藝，運(yùn)輸成本較高，施工工效較低。自升式風(fēng)電安裝船多套風(fēng)機(jī)運(yùn)輸和安裝技術(shù)，可以充分發(fā)揮自升式風(fēng)電安裝船抬升后穩(wěn)定不受風(fēng)浪影響的優(yōu)點(diǎn)；可以節(jié)約大型運(yùn)輸駁租賃費(fèi)用；所有塔筒均采用垂直運(yùn)輸、垂直安裝方式，優(yōu)化了傳統(tǒng)施工工藝，可提高施工工效；葉片采用兩層錯位堆疊方式，兼顧運(yùn)輸穩(wěn)定性、施工方便性和經(jīng)濟(jì)性；適用于深遠(yuǎn)海風(fēng)電場的建設(shè)。本文僅基于施工工藝技術(shù)層面開展了研究，對于非自航自升式風(fēng)電安裝船的拖航穩(wěn)性和多套風(fēng)機(jī)部件堆疊運(yùn)輸?shù)姆纼A覆措施等尚需進(jìn)一步深入研究。