浅谈一种潮间带海上风机大部件施工方法

吉鹏程　谢闽　唐勇　张斌

摘要：本文浅析了目前潮间带海上风机大部件更换目前的现况和存在困难，提出了一种解决方案，并通过工程实例加以论证可行性。

关键词：海上风电，潮间带，大部件更换，施工方案

1 国内海上风电发展情况

随着“十三五”期间将国家大力推进海上风电建设，到2020年江苏、福建、广东、浙江省海上风电开工建设规模均达到百万KW级;到2020年，全国海上风电开工建设规模达到1000万KW，力争累计并网容量达到500万KW以上。因此，在政策、地理环境、市场需求的有利条件下，国内的海上风电正在蓬勃發展。

2 国内海上风机大部件更换的现况

2.1 国内现况

目前海上发生大部件更换的风机多为早期风场的风机，部分风场为试验风场或风场内存在部分试验风机，早期海上风机在前期设计、施工、运行管理等多个方面存在一定程度的缺陷和不足，因此风机整体稳定性不够理想，机组的长期运行容易引发风机大部件故障。

随着国内政策鼓励、地方政府的扶持，海上风电开始井喷式地发展，海上装机容量急速增加，全面进入“抢装潮”。在此期间，由于订单量急剧上升，部分零部件供应商的产品可靠性有所降低，这也导致部分已建成风场的风机出现批量大部件更换情况，给建设单位带了许多不必要的发电量损失。

截止2020年9月，根据我司近三年来海上风机大部件更换数量统计，2018年更换量为35台，2019年为24台，2020年为22台，预计2020年底更换数量达30台以上，总体呈上升趋势。

这其中，潮间带海上风电场由于建设较早，风机多数已运行数年，部分风机已出质保期，更换大部件的风机数量占到总数的一半以上。

2.2 潮间带海上风电场特点

潮间带海上风电场施工特点是通达性差，施工时间受潮汐影响较大，冲刷严重，加之风电场内泥沙不断淤积，使得原本风电场内的泥面不断增高，部分风机泥面标高可达1米以上，使得对施工船舶的船型、吃水提出了更高的要求。

此外，由于海上风电“抢装潮”影响，船机资源紧张，时常出现由于风机大部件故障，没有合适的施工船进场更换导致风机停机数月的尴尬现状。

我司自2010年成立以来一直致力于海上风电建设与维护，十年间进行50余台海上风机大部件更换，积累了许多宝贵经验，在当下船机资源紧缺的阶段，提出一种潮间带海上风机大部件施工方案，一定程度上有利于缓解目前潮间带风场风机不能及时大部件更换的压力。

3. 施工方案

3.1 船机选择

本方案主要应用于海上潮间带风电项目，适用于不需要摘风机叶轮即可更换的大部件，如：齿轮箱、叶片（单叶片更换）、发电机等等。选用船舶市场上相对较多甲板货船作为施工船舶，甲板货船要求是船底为双层底，具有坐滩能力及半个月以上的坐滩实例，甲板货船要求长度80米以上，宽度18米以上，吃水2米左右，甲板强度15T/M2以上。由于一般甲板货船不配备定位锚，故需在船上加装4个定位锚用于抛锚定位，保证船舶的精确定位和安全性。

经过多次船机考察，拟用一艘参数如下表所示的甲板货船进行潮间带风机齿轮箱更换作业，并对其进行加固和改装，并配备400T履带吊作为主吊机施工。船舶具体参数为：船长85m，船宽18m，型深3.6m，船舶常态吃水2.0m，甲板载荷12T/m2，船底为双层底结构，具备如东潮间带坐滩1月以上经历。船上加装4个3T定位锚。

3.2 施工准备

船甲板上组装400T履带吊，由于船甲板强度<15T/m2，故用2500mm×12000mm×20mm规格路基板进行加固，路基板前后左右与船舶甲板进行间段焊接，用200mm×200mm H型钢焊接船甲板，进行加固防护，履带车在码头组装完成，并在码头进行试吊工作后航行至目标风场，如下图1所示。

3.3 设备能力校核

本次大部件更换拟使用的三一400T履带吊。更换设备为齿轮箱，风机更换的最大吊高为94m（87m轮毂中心高度+7m吊索具长度），最大吊重为齿轮箱，重量约为34t（旧齿轮箱含润滑油重量32t及履带吊勾头重量2t）。三一400T履带吊工况为：主臂110m加超起加配重，工作半径为24m。吊高安全校核如下图2所示。

吊高、吊重能力校核如下：

本次齿轮箱更换作业为半径为24m。查履带车吊重曲线可得，400T履带吊在抬升作业半径为24m 时，甲板以上最大吊高为97.5m，最大吊重为 61t。

吊高校核：97.5m>94m，吊高满足要求。

吊重校核：61t>33t，吊重满足要求。

3.4 项目现场实施

此方案我司已在江苏潮间带风场成功实施4次齿轮箱更换项目，包括海上三种不同机型的故障风机。施工期间避开台风多发季节，选择中潮或小潮汛期间进点施工，能够有效降低船机施工风险，船机利用低潮位坐滩施工，高潮位进行船甲板的辅助作业，充分利用作业窗口期，提高作业效率。此种潮间带海上风机大部件施工方案平均施工周期在3-4天，有效为海上风电场客户解决了燃眉之急。

参考文献

【1】《中国风电产业发展现状及前景展望（下）》【J】.电器工业. 2019（9）. P32-46