40m 自升式风电机组安装船设计研究

2015-01-01汪峥

船舶与海洋工程 2015年6期

关键词：自升式风电场甲板

汪峥

（中交第三航务工程局有限公司，上海 200032）

0 引言

风能作为一种可再生的清洁能源，近年来发展迅速。相比陆上风力发电而言，海上风力发电具有风速快、噪音污染小、电磁波干扰小等诸多优点，从而成为新能源发展新的增长点。

1 海上风电发展概况

1991年丹麦建成第一个海上风电场，2000年又在哥本哈根湾建设了世界上第一个商业化意义的海上风电场。此后，海上风电进入了商业化开发阶段。近几年世界风电产能每年都在快速增长，2011年共有235台风电机组在九个风电场实现并网，总容量达866.4MW。我国近海风能资源预计可达7.5亿kW，是陆上风能资源3倍，2010年国内第一个海上风电项目——上海东海大桥100MW海上风电示范项目已经建设完成，实现并网发电。根据国家最新的能源规划，中国海上风电的发展目标为2015年达到5000MW，2020年达到30000MW。目前，中国沿海由北至南已经规划的海上风电项目总计约24个，总装机容量超过25000MW，预计到2020年中国有望成为全球海上风电总装机容量的第一大国。

2 自升式风电安装船现状

现有海上风电机组一般由基座、风机塔筒、机舱（含叶片）3个主要部件组成，相对于陆地而言，海上环境恶劣，施工难度大。早期的海上风机安装大多采用半潜船或起重船实施，但这种施工方式定位能力差、效率低，受风浪干扰特别大。

自升式专用安装船，通过平台依靠桩腿的升降，在工作时避免了波浪载荷对平台稳定性的影响，同时获得了精确定位和测量观测控制垂直度的条件。该施工平台将桩基定位，打桩，风电机组起重安装功能合为一体，技术先进，效率高。

由于风电机组安装船在海上风机安装方面的巨大优势（见图1），国内外诸多企业都在投入巨资加快步伐进行着力研究，掌控市场主动权。先后研制并建造了第一代、第二代、第三代自升式风电机组安装船，并在风电场施工中成功投入使用，为企业带来巨大的经济效益。随着国内造船企业技术工艺水平的不断提升、设备配套能力不断完善，越来越多的船东选择将船舶放在国内建造，国内企业面对巨大机遇和大好前景，同时开始研发并成功设计建造了几条船舶。目前国内设计建造风电机组安装船技术日趋成熟。

图1 海上风电机组安装船

图2 润邦海洋建造的“蓝潮1001”在东海一期修理安装风机

3 自行研制的自升式风电机组安装船技术方案

3.1 功能定位

1）具备顶升状态分体安装（单件安装、兔耳式安装和甲板拼三叶后吊装3种方式）单机6MW风机的能力；

2）具备打桩功能，能打最大重900t单桩；

3）浮态可作起重船用。

3.2 总体描述

该船为箱形，钢质、单底、单甲板，尾部两舷设有甲板室，艏部、艉部右舷支腿各设有起重机，带有4根桩腿及相应的抬升系统，作业时桩腿立于海床上并将船体举升离开水面，避免风浪对船体作业产生影响。抬升驱动方式为液压驱动。平台为非自航，但具备作业现场自动移船及动力定位系统。

3.3 主要尺度（见图3）

船长/m 81.6

型宽/m 40.8

型深/m 7.2

设计吃水/m 4.7

最大作业水深/m 40

甲板载货面积/m22000

可变载荷/t 2900

满载排水量/t 14311

满载吃水/m 4.9

环境温度/℃ -20～45

设计温度/℃ -9.9～45

甲板承重能力/t/m212

自持力/d 30

航区近海拖航、近海作业

定员/人 25+50 人

4 主要设备

4.1 抬升系统

该平台抬升系统为液压插销式，由桩腿、插销及抬升油缸组成，每个桩腿设两组抬升装置。每组抬升装置有1个环梁，在环梁上安装3个插销及6个抬升油缸。插销安装在环梁上，环梁通过抬升油缸与船体结构相连。当插销插入桩腿的销孔后，通过伸缩抬升油缸实现平台（或桩腿）的升降。当两组抬升装置交替工作时，可以实现平台的爬升。

该液压抬升系统的桩腿为圆柱形钢质结构，在桩腿上面，根据升降系统的插销形式布置有等距的“鹅卵”状销孔，桩腿下部设有桩靴。平台主体通过插销、销孔连接在桩腿上。