海床频变海域风力发电机组安装技术研究

裴泽伟 国家能源集团东台海上风电有限责任公司

近年来，我国海上风电迅猛发展，整体装机容量日益增长，海上风电建设重心逐步由潮间带向深远海转移，海床频变、水深交替海域海上风电项目一般介于潮间带与深远海之间，属于过渡海域，施工兼具潮间带及深远海的难点，该类海域普遍离岸较远，直线距离一般为30～50公里，场区内深沟、浅滩交错分布，水深交替，海床极不稳定，演变频繁，对风力发电机组安装提出了更高的要求，一般需要集合多种风电机组吊装工艺才能完成整个项目风电机组安装，研究分析国内已有的整体安装及分体安装技术，总结出适合海床频变海域风力发电机组安装的技术，可为我国在类似海域进行风力发电机组安装提供可借鉴、参考的方案，推动海上风能利用从潮间带、近海海域向深远海过渡。

1.国内海上风力发电机组的主要吊装方式

目前国内海上风电项目风力发电机组安装主要分为整体安装及分体安装，两种方式目前在国内都有较多应用案例，其优缺点对比见表1。

表1 整体吊与分体吊的优缺点对比表

2.海上风电整体安装技术

整体安装按照基础形式不同可分为：单桩基础整体安装、导管架基础整体安装、高桩承台基础整体安装、漂浮式基础整体安装，上述各种整体安装方式、施工方法大同小异，基本上都是按照陆上基地整机拼装、海上整机运输、海上整机吊装、兼有软着陆及精定位功能吊装体系缓冲着陆定位安装的施工工艺，只是因为基础形式不同，采用的下部支撑及就位系统略有不同。下面以国内东台海域某风电场为例，介绍单桩基础上的风机整体安装技术。

单桩风机整体安装体系由平衡梁及索具系统、上部吊架系统（包括液压缓冲、同步升降和精定位液压系统）、下部就位系统（包括粗导向结构）以及控制系统等组成。其中平衡梁及索具系统、上部吊架系统用于完成海上风力发电机组的陆上组拼、海上运输及吊装；上部吊架系统和下部就位系统共同作用，实现风力发电机组在海上的安装，用于完成对导向、缓冲、同步升降以及精定位自动对中，使风机顺利地安装于海上单桩筒体上；控制系统则通过监测和控制来实现风机海上安装的自动化。

图1 单叶片式安装示意图

3.海上风电分体安装技术

分体安装按照叶片吊装方式不同可分为:风轮组合式安装、单叶片式安装、兔耳式安装三种形式。

3.1 风轮组合式安装

所谓风轮组合式安装就是三片叶片在船面整体组装完成形成叶轮，然后通过主吊、辅吊协作在空中翻转完成吊装。

3.2 单叶片式安装

所谓单叶片式安装首先完成风机轮毂的吊装，然后利用吊机吊装单片叶片在空中完成叶片与轮毂的连接。

3.3 兔耳式安装

所谓兔耳式安装即在预拼装码头将两片风叶和轮毂主机进行预拼装形成“兔子头”，通过特殊工装将“兔子头”运至机位，首先吊装兔子头，最后完成第三片风叶空中对接。

3.4 三种分体吊装方式的优缺点分析

三种分体吊装方式的优缺点分析见表2。

表2 三种分体吊装方式的优缺点分析

按照船型不同可分为：大型平板驳配履带吊冲滩座底安装风机、常规起重船座底安装风机、半潜驳调载座底安装风机、自升式平台船撑腿安装风机。

几种分体安装工艺区别主要在于进点方式及座底固定支撑方式不同，大型平板驳配履带吊冲滩座底船主要是趁大潮位进点，利用锚泊系统进行精确定位，低潮时被动座底于滩面以保证甲板上履带吊有稳定的作业环境；常规起重船座底船与冲滩座底船基本相同，但常规起重船可以在浮态状态下进行一些辅助作业，由于其吊车一般都为全回转形式，适用性较冲滩座底船广；半潜式调载座底船，可通过调节自身载重量的方式调整船体的吃水深度，在一定水深内可采取主动座底的方式提供稳定的作业环境；自升式稳桩平台可通过船体的支腿系统“站立”在海床之上，从而提供稳定的作业环境。几种船型安装工艺大同小异，以国内东台海域某风电场为例，介绍单桩基础上的风机整体安装技术，具体施工工艺不同风机安装技术的适用范围及环境见表3。

表3 不同风机安装技术的适用范围及环境

4.不同风机安装技术的需要重点关注的事项

4.1 整体安装

整体安装方式对运输船的要求及运输的窗口期要求非常严格，因为风机整体重心较高，运输前必须做好计算，必须选择专用的运输船及工装进行风机运输，必须选择风况、海况条件完全满足运输条件且“窗口期”有富余量时才可运输；整体安装完成后，工装拆除对风机的成品保护要求较高，要充分做好拆除顺序的规划，拆除过程中必须谨慎，以免对风机造成损坏。

4.2 船舶需要座底的安装方式

要重点关注座底船舶底部砂体的流失情况，要安排专人每个低潮时对船底淘空情况进行监测，发现船底局部淘空要及时采取措施，通过调整船体位置、采用水陆挖掘机对淘空位置进行平整、或者通过船机移位，通过海水自然整平后再进点作业，以免因船体受力不均，造成船体断裂等事故；座底船舶必须对船舶进行负重后的船舶座底稳性及强度分析，通过船级社等专业第三方认证后方可进行座底施工；船舶吊装作业要严格遵守潮汛“窗口期”，一定要避免出现吊装作业进行一半的时候出现船体“浮态”工况，从而导致事故。

4.3 自升式稳桩平台船撑腿安装

要充分做好桩腿插桩后的承载力计算，避免在吊装过程中出现桩腿下沉的状况；要做好桩腿上拔的计算，避免出现吊装完成后桩腿无法拔出的状况；要做好运输船及交通船靠自升式平台船的管理，一般不允许船舶直接靠泊自升式稳桩平台船，大部分都是通过锚船靠泊，避免船舶行驶到平台船与水面的空隙，从而导致事故。

5.结语

海床频变海域介于潮间带与深远海之间，属于过度海域，施工兼具潮间带及深远海的难点，该类海域风电机组安装工艺基本上涵盖了所有类型的安装工艺，本文对不同船型、不同基础、不同的安装方式的优劣进行了介绍和比较，并分析不同吊装方式的适用情况及注意事项，希望通过对比找出适合海床频变海域的风电机组安装方法，同时，进一步探讨后续深远海风力发电机组安装的方式和方法，推动海上风能利用从潮间带、近海海域向深远海过渡。