海床頻變海域風(fēng)力發(fā)電機(jī)組安裝技術(shù)研究

裴澤偉 國(guó)家能源集團(tuán)東臺(tái)海上風(fēng)電有限責(zé)任公司

近年來(lái)，我國(guó)海上風(fēng)電迅猛發(fā)展，整體裝機(jī)容量日益增長(zhǎng)，海上風(fēng)電建設(shè)重心逐步由潮間帶向深遠(yuǎn)海轉(zhuǎn)移，海床頻變、水深交替海域海上風(fēng)電項(xiàng)目一般介于潮間帶與深遠(yuǎn)海之間，屬于過(guò)渡海域，施工兼具潮間帶及深遠(yuǎn)海的難點(diǎn)，該類海域普遍離岸較遠(yuǎn)，直線距離一般為30～50公里，場(chǎng)區(qū)內(nèi)深溝、淺灘交錯(cuò)分布，水深交替，海床極不穩(wěn)定，演變頻繁，對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組安裝提出了更高的要求，一般需要集合多種風(fēng)電機(jī)組吊裝工藝才能完成整個(gè)項(xiàng)目風(fēng)電機(jī)組安裝，研究分析國(guó)內(nèi)已有的整體安裝及分體安裝技術(shù)，總結(jié)出適合海床頻變海域風(fēng)力發(fā)電機(jī)組安裝的技術(shù)，可為我國(guó)在類似海域進(jìn)行風(fēng)力發(fā)電機(jī)組安裝提供可借鑒、參考的方案，推動(dòng)海上風(fēng)能利用從潮間帶、近海海域向深遠(yuǎn)海過(guò)渡。

1.國(guó)內(nèi)海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的主要吊裝方式

目前國(guó)內(nèi)海上風(fēng)電項(xiàng)目風(fēng)力發(fā)電機(jī)組安裝主要分為整體安裝及分體安裝，兩種方式目前在國(guó)內(nèi)都有較多應(yīng)用案例，其優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比見(jiàn)表1。

表1 整體吊與分體吊的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比表

2.海上風(fēng)電整體安裝技術(shù)

整體安裝按照基礎(chǔ)形式不同可分為：?jiǎn)螛痘A(chǔ)整體安裝、導(dǎo)管架基礎(chǔ)整體安裝、高樁承臺(tái)基礎(chǔ)整體安裝、漂浮式基礎(chǔ)整體安裝，上述各種整體安裝方式、施工方法大同小異，基本上都是按照陸上基地整機(jī)拼裝、海上整機(jī)運(yùn)輸、海上整機(jī)吊裝、兼有軟著陸及精定位功能吊裝體系緩沖著陸定位安裝的施工工藝，只是因?yàn)榛A(chǔ)形式不同，采用的下部支撐及就位系統(tǒng)略有不同。下面以國(guó)內(nèi)東臺(tái)海域某風(fēng)電場(chǎng)為例，介紹單樁基礎(chǔ)上的風(fēng)機(jī)整體安裝技術(shù)。

單樁風(fēng)機(jī)整體安裝體系由平衡梁及索具系統(tǒng)、上部吊架系統(tǒng)（包括液壓緩沖、同步升降和精定位液壓系統(tǒng)）、下部就位系統(tǒng)（包括粗導(dǎo)向結(jié)構(gòu)）以及控制系統(tǒng)等組成。其中平衡梁及索具系統(tǒng)、上部吊架系統(tǒng)用于完成海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的陸上組拼、海上運(yùn)輸及吊裝；上部吊架系統(tǒng)和下部就位系統(tǒng)共同作用，實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在海上的安裝，用于完成對(duì)導(dǎo)向、緩沖、同步升降以及精定位自動(dòng)對(duì)中，使風(fēng)機(jī)順利地安裝于海上單樁筒體上；控制系統(tǒng)則通過(guò)監(jiān)測(cè)和控制來(lái)實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)海上安裝的自動(dòng)化。

圖1 單葉片式安裝示意圖

3.海上風(fēng)電分體安裝技術(shù)

分體安裝按照葉片吊裝方式不同可分為:風(fēng)輪組合式安裝、單葉片式安裝、兔耳式安裝三種形式。

3.1 風(fēng)輪組合式安裝

所謂風(fēng)輪組合式安裝就是三片葉片在船面整體組裝完成形成葉輪，然后通過(guò)主吊、輔吊協(xié)作在空中翻轉(zhuǎn)完成吊裝。

3.2 單葉片式安裝

所謂單葉片式安裝首先完成風(fēng)機(jī)輪轂的吊裝，然后利用吊機(jī)吊裝單片葉片在空中完成葉片與輪轂的連接。

3.3 兔耳式安裝

所謂兔耳式安裝即在預(yù)拼裝碼頭將兩片風(fēng)葉和輪轂主機(jī)進(jìn)行預(yù)拼裝形成“兔子頭”，通過(guò)特殊工裝將“兔子頭”運(yùn)至機(jī)位，首先吊裝兔子頭，最后完成第三片風(fēng)葉空中對(duì)接。

3.4 三種分體吊裝方式的優(yōu)缺點(diǎn)分析

三種分體吊裝方式的優(yōu)缺點(diǎn)分析見(jiàn)表2。

表2 三種分體吊裝方式的優(yōu)缺點(diǎn)分析

按照船型不同可分為：大型平板駁配履帶吊沖灘座底安裝風(fēng)機(jī)、常規(guī)起重船座底安裝風(fēng)機(jī)、半潛駁調(diào)載座底安裝風(fēng)機(jī)、自升式平臺(tái)船撐腿安裝風(fēng)機(jī)。

幾種分體安裝工藝區(qū)別主要在于進(jìn)點(diǎn)方式及座底固定支撐方式不同，大型平板駁配履帶吊沖灘座底船主要是趁大潮位進(jìn)點(diǎn)，利用錨泊系統(tǒng)進(jìn)行精確定位，低潮時(shí)被動(dòng)座底于灘面以保證甲板上履帶吊有穩(wěn)定的作業(yè)環(huán)境；常規(guī)起重船座底船與沖灘座底船基本相同，但常規(guī)起重船可以在浮態(tài)狀態(tài)下進(jìn)行一些輔助作業(yè)，由于其吊車(chē)一般都為全回轉(zhuǎn)形式，適用性較沖灘座底船廣；半潛式調(diào)載座底船，可通過(guò)調(diào)節(jié)自身載重量的方式調(diào)整船體的吃水深度，在一定水深內(nèi)可采取主動(dòng)座底的方式提供穩(wěn)定的作業(yè)環(huán)境；自升式穩(wěn)樁平臺(tái)可通過(guò)船體的支腿系統(tǒng)“站立”在海床之上，從而提供穩(wěn)定的作業(yè)環(huán)境。幾種船型安裝工藝大同小異，以國(guó)內(nèi)東臺(tái)海域某風(fēng)電場(chǎng)為例，介紹單樁基礎(chǔ)上的風(fēng)機(jī)整體安裝技術(shù)，具體施工工藝不同風(fēng)機(jī)安裝技術(shù)的適用范圍及環(huán)境見(jiàn)表3。

表3 不同風(fēng)機(jī)安裝技術(shù)的適用范圍及環(huán)境

4.不同風(fēng)機(jī)安裝技術(shù)的需要重點(diǎn)關(guān)注的事項(xiàng)

4.1 整體安裝

整體安裝方式對(duì)運(yùn)輸船的要求及運(yùn)輸?shù)拇翱谄谝蠓浅?yán)格，因?yàn)轱L(fēng)機(jī)整體重心較高，運(yùn)輸前必須做好計(jì)算，必須選擇專用的運(yùn)輸船及工裝進(jìn)行風(fēng)機(jī)運(yùn)輸，必須選擇風(fēng)況、海況條件完全滿足運(yùn)輸條件且“窗口期”有富余量時(shí)才可運(yùn)輸；整體安裝完成后，工裝拆除對(duì)風(fēng)機(jī)的成品保護(hù)要求較高，要充分做好拆除順序的規(guī)劃，拆除過(guò)程中必須謹(jǐn)慎，以免對(duì)風(fēng)機(jī)造成損壞。

4.2 船舶需要座底的安裝方式

要重點(diǎn)關(guān)注座底船舶底部砂體的流失情況，要安排專人每個(gè)低潮時(shí)對(duì)船底淘空情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)船底局部淘空要及時(shí)采取措施，通過(guò)調(diào)整船體位置、采用水陸挖掘機(jī)對(duì)淘空位置進(jìn)行平整、或者通過(guò)船機(jī)移位，通過(guò)海水自然整平后再進(jìn)點(diǎn)作業(yè)，以免因船體受力不均，造成船體斷裂等事故；座底船舶必須對(duì)船舶進(jìn)行負(fù)重后的船舶座底穩(wěn)性及強(qiáng)度分析，通過(guò)船級(jí)社等專業(yè)第三方認(rèn)證后方可進(jìn)行座底施工；船舶吊裝作業(yè)要嚴(yán)格遵守潮汛“窗口期”，一定要避免出現(xiàn)吊裝作業(yè)進(jìn)行一半的時(shí)候出現(xiàn)船體“浮態(tài)”工況，從而導(dǎo)致事故。

4.3 自升式穩(wěn)樁平臺(tái)船撐腿安裝

要充分做好樁腿插樁后的承載力計(jì)算，避免在吊裝過(guò)程中出現(xiàn)樁腿下沉的狀況；要做好樁腿上拔的計(jì)算，避免出現(xiàn)吊裝完成后樁腿無(wú)法拔出的狀況；要做好運(yùn)輸船及交通船靠自升式平臺(tái)船的管理，一般不允許船舶直接靠泊自升式穩(wěn)樁平臺(tái)船，大部分都是通過(guò)錨船靠泊，避免船舶行駛到平臺(tái)船與水面的空隙，從而導(dǎo)致事故。

5.結(jié)語(yǔ)

海床頻變海域介于潮間帶與深遠(yuǎn)海之間，屬于過(guò)度海域，施工兼具潮間帶及深遠(yuǎn)海的難點(diǎn)，該類海域風(fēng)電機(jī)組安裝工藝基本上涵蓋了所有類型的安裝工藝，本文對(duì)不同船型、不同基礎(chǔ)、不同的安裝方式的優(yōu)劣進(jìn)行了介紹和比較，并分析不同吊裝方式的適用情況及注意事項(xiàng)，希望通過(guò)對(duì)比找出適合海床頻變海域的風(fēng)電機(jī)組安裝方法，同時(shí)，進(jìn)一步探討后續(xù)深遠(yuǎn)海風(fēng)力發(fā)電機(jī)組安裝的方式和方法，推動(dòng)海上風(fēng)能利用從潮間帶、近海海域向深遠(yuǎn)海過(guò)渡。