【文章內(nèi)容簡介】 陸上整個電網(wǎng)。岸邊電纜始于變電站，止于岸上 Hvidbjerg Strand 或 Sadding Strand。 技術(shù)資訊 第 12 頁 共 31 頁 電纜采用用水沖海床（使用高壓噴水）的方法嵌于海床下 1m深處，以防魚類和錨的觸碰，風(fēng)電場離 Hvidbjerg Strand 岸距離是 ，離 Sadding Strand 距離是 36km。應(yīng)根據(jù)具體情況在不同形式的電纜中做出選擇。由于電纜由纜船運載，故海水深度至少為4m，電纜的鋪設(shè)必須在較好的天氣條件下進行，且需要兩個有效的工作日。在風(fēng)電場周圍應(yīng)確定 200m 的電纜保護區(qū)域，禁止魚類和錨進入。 （摘自上海情報服務(wù)平臺） 海上風(fēng)電場設(shè)備吊裝 摘要 :在海上風(fēng)力發(fā)電場的建設(shè)施工成本會隨海上安裝作業(yè)周期的延長而大幅增長。為了控制建設(shè)成本 ,需采用合適的設(shè)備吊裝方案 ,盡量縮短工期。介紹了幾種海上風(fēng)力發(fā)電場的設(shè)備吊裝方案、相應(yīng)的吊裝設(shè)備及現(xiàn)有的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。 1 引言 現(xiàn)有離岸風(fēng)機包括基座 (或稱樁基 ,基礎(chǔ) ) 、風(fēng)機塔架、機艙 (含葉輪 ) 這三個主要部件 ,相對于岸上風(fēng)機的安裝施工難度更高 ,安裝過程通常分為兩個階段 ,首先建造基座 ,然后在基座頂端吊裝風(fēng)機。實際建設(shè)海上風(fēng)電場時 ,吊裝工作除了基座、風(fēng)機之外 ,還包括變電站和電纜。 海上安裝作業(yè)中 ,發(fā)生的任何問題或者設(shè)計失誤都會使原定安裝時間被拖延 ,造成設(shè)備的停工。如 :Bockstigen 風(fēng)電場由于遭遇大風(fēng)阻礙了駁船正常執(zhí)行其起重功能 ,不得不停止海上施工 ,波濤洶涌的海洋環(huán)境影響了駁船順利展開起重配置工作 ,這使得開發(fā)商前期花費大量 精力研究確定的吊裝新方案難以發(fā)揮應(yīng)有的作用。 Middel2grunden 風(fēng)電場在安裝地基的時候 ,一些連接好的電纜遭到破壞。幸好這起事故被預(yù)計到 ,因此建設(shè)承包商將備用電纜進行替換 ,還為此買了保險。 工程延誤是海上風(fēng)電場建設(shè)工作所面臨的最大的不確定性 ,這將急劇增加相應(yīng)的設(shè)備租借成本。因此 ,減少安裝作業(yè)的時間與未安排施工的停工時間同樣重要。項目開發(fā)商力圖通過預(yù)裝配以及岸上測量安裝程序等方法最大程度地減少施工成本。 長期來看 ,該著眼于整體設(shè)計 ,成本控制的措施應(yīng)貫徹于整個安裝過程 ,并確認(rèn)各部分的經(jīng)濟性確實得到改進。 2 風(fēng)電場建造周期 風(fēng)電場的建造一般需幾個月。所有的安裝工作都受限于天氣條件 ,不可避免的會遇到天氣不理想或者不能開工的時期。在天氣相對平靜的夏季 ,風(fēng)速和海浪高度基本處于安全 技術(shù)資訊 第 13 頁 共 31 頁 限內(nèi) ,選擇此時安排風(fēng)機安裝工作可以縮短工程周期。例如 :丹麥 Nysted 海上風(fēng)電場的機組吊裝工作在 2020 年 5～ 9月完成 ,英國 Scroby Sands 海上風(fēng)電場的機組吊裝工作在 2020 年 7～ 10月完成。為了簡化安裝過程 ,至少簡化海上那部分的安裝作業(yè) ,縮短海上安裝周期 ,目前已經(jīng)提出不少風(fēng)電場的安裝方案。 3 風(fēng)電場安裝方案 風(fēng)機 安裝工程通常分為三步 : 第一 ,安裝基座 。第二 ,吊裝支撐塔架和機艙 。第三 ,吊裝葉片?；蛘咴诘诙A段僅吊裝支撐塔架 ,第三階段吊裝機艙和葉片。風(fēng)機吊裝至基座上之前是在岸邊完成裝配 ,如先安裝好塔架各部分 ,再安裝機艙和葉輪。 也有方案提出 :為了進一步縮短工程建設(shè)周期 ,在今后的工程中 ,風(fēng)機的基座和風(fēng)力發(fā)電機應(yīng)該作為一個整體進行安裝作業(yè) ,即將風(fēng)機安裝工程分為兩部分 ,首先安裝機組的基座 ,之后吊裝裝配好支撐塔架、機艙和葉輪的風(fēng)機 ,選擇夏季 24h 開工的話每天可以吊裝 2 個 ,只是待裝風(fēng)機的暫時存放還是個問題。 以 Middelgrunden 風(fēng)電場建設(shè)為例 ,塔架的各部分是在岸邊預(yù)先安裝完畢之后運輸至現(xiàn)場的地基上。值得一提的是 ,控制面板、開關(guān)盤和變壓器在運輸過程中都放置于塔架的底部 ,運至現(xiàn)場之后再提升至塔架中間層。 Barrow 海上風(fēng)電場采用的風(fēng)機 ,機艙、輪轂、兩片葉片都在岸上裝配。 不僅各種新型海上吊裝作業(yè)方案的提出會影響吊裝設(shè)備的選擇 ,機組的升級也會影響吊裝設(shè)備的選擇。 為了提高工程安裝效率 ,未來海上風(fēng)電項目中的單機容量會越來越大 ,迫切需要能夠承受惡劣天氣狀況和長時間作業(yè)的安裝船 ,確保快捷的施工進度 ,降低成本。以前的施工方法只適 用于安裝作業(yè)在海浪高度 m 之內(nèi) ,水深不超過 15m 的施工現(xiàn)場。甚至是在海浪高度低于 1 m 的地方 ,用傳統(tǒng)的海上起重機實施安裝作業(yè)也不太可行 ,因為海浪會影響起重機鉤子的水平偏移量?，F(xiàn)有的浮吊船大多不是特意為海上風(fēng)電場的風(fēng)機安裝而設(shè)計制造。對于大型海上風(fēng)電場 ,機組超過 50 臺的 ,應(yīng)通過使用安裝駁船來控制建設(shè)周期 ,完成建設(shè)任務(wù)。 Opti2OWECS 報告針對歐洲海上風(fēng)電場施工工程公開的安裝方法進行了很好的總結(jié) ,介紹如下 : 3. 1 自升式安裝 最早的海上風(fēng)電場吊裝方法是以自升式起重機吊裝塔架、機艙和葉 輪。自升式起重機可為安裝工作形成一個穩(wěn)定的基座 ,也是打樁工程的首選。然而 ,其內(nèi)在穩(wěn)定性以及機動性 技術(shù)資訊 第 14 頁 共 31 頁 不足 ,使塔架的安裝遇到問題。從船上卸載塔架部件并將它們提至機組裝配需要處的過程中 ,部件零散運送更佳 。自升式起重機平底船也可用作機組安裝前的打樁工作。 Horns Rev 風(fēng)電場采用兩輛自升船 (Buzzard jackup vessel 和 Wind jackup vessel) 分別用于吊裝基座和過渡件、平臺、 J 形管等配件。此外 ,還動用了一只船 ( Pompei jack2up vessel) 吊裝大理石加強層 。在港口 ,起重機勾起了重 1150t 的 Eltra 變電站 ,并用駁船花費 70h 運送至現(xiàn)場 ,抵達之后等到風(fēng)平浪靜之時啟動提升作業(yè) ,將變電站放置三角架式基座之上 ,待其安放就位后 ,起重機就可拆除提升設(shè)備 ,隨船返回海港。此外 ,像英國 Scroby Sands 風(fēng)電場這樣近期建成的風(fēng)電場也采用了自升船。 3. 2 半潛式安裝 原則上 ,從駁船上起吊風(fēng)機是最直接的安裝方法。對于執(zhí)行海上建設(shè)工作 ,半沉式起吊船是漂浮平臺中最穩(wěn)定的一種?，F(xiàn)有駁船的設(shè)計用于較遠的海上作業(yè) ,在淺灘地區(qū)很難發(fā)揮作用。 3. 3 載運船 ,平底船和地 面起吊機 載運船和平底船在建設(shè)作業(yè)中的穩(wěn)定性不夠理想 ,較易受天氣狀況的影響導(dǎo)致工程的拖延。帶有旋轉(zhuǎn)起吊機的載運船性能最佳 ,因此 ,需求量較大 ,且日租借費可觀。配有尺寸合適的人字起重機的平底船 ,供應(yīng)較為充足 ,可較為經(jīng)濟地完成塔架安裝施工 ,且不受天氣狀況的影響。還有一種方法結(jié)合了旋轉(zhuǎn)起吊機和日租借費低廉兩項優(yōu)勢 ,即采用地面起吊機 ,只要風(fēng)平浪靜 ,這種系統(tǒng)的應(yīng)用十分令人滿意。 圖 1 海上風(fēng)電機組的運輸與安裝系統(tǒng) 英國專利“海上風(fēng)電場機組的安裝方法” (公告號 :GB 2407114 ,公告日 : 20200420 , 申請人 :ARUP GROUP L TD( GB) 。 OVE ARUP amp。PARTNERS INTER2NAT L (GB) ,專利附圖如圖 1 所示 ) ,專利摘要稱 :一種安裝海上風(fēng)電場風(fēng)機的方法 :由駁船 26運輸風(fēng)機至安裝現(xiàn)場 ,塔架的放置平行于駁船甲板 ,在安裝現(xiàn)場 ,令風(fēng)機在基座重力作用下旋轉(zhuǎn) ,直到塔架垂直于駁船甲板 ,基座置于海中 。然后降低基座在海中的位置 ,基座可以通過填補壓艙物使風(fēng)機在 技術(shù)資訊 第 15 頁 共 31 頁 重力作用下旋轉(zhuǎn)。 3. 4 漂浮式安裝 漂浮式安裝方法是先將塔架在碼頭邊上豎起來 ,塔架被運至現(xiàn)場 ,下放到預(yù)先安裝好的樁 基上之前 ,一直保持垂直的方向 ,然后將塔架吊裝至岸邊的模擬樁基 ,用栓釘固定 (栓釘被塔架覆蓋 ,且打入樁基 ) 。隨后將塔架垂直安置于駁船上準(zhǔn)備運送 ,可通過特制或改進現(xiàn)有的船只來滿足這種運送條件。 在碼頭邊 ,特制駁船裝上塔架并加以固定。待到漲潮時 ,駁船排放壓艙水使塔架與模擬樁基分開 ,一旦到達安全的水深位置 ,駁船即引入壓艙水作牽引之用。到達安裝現(xiàn)場時 ,駁船排放壓艙水 (如果必須的話 ) ,安全地固定于海上風(fēng)電場的樁基上。然后再引入壓艙水使駁船下沉 ,以便安全調(diào)轉(zhuǎn)塔架的支撐件至樁基上。之后即松開緊固件 ,駁船被拖走。 在 Bockstigen 風(fēng)電場建設(shè)初期 ,認(rèn)為采用漂浮式駁船驅(qū)動樁基的建設(shè)時間會比采用其他方法的短 ,成本也更低。后來因為天氣原因造成的停工期 ,采用漂浮式駁船安裝重力型基座與打入樁基礎(chǔ)工程所花費的全部時間與其它工程采用自升式船舶是相同的。這個包括了 50 個風(fēng)機的風(fēng)電場因為天氣原因而停工的時間相當(dāng)可觀 ,將近漂浮式駁船原定安裝風(fēng)機時間的 2倍 。 Kentish Flats 風(fēng)電場風(fēng)機吊裝采用具有沉水式柱腿的大型吊裝船。為了減少海上施工量 ,塔架和機艙預(yù)先在港口已經(jīng)裝配就緒。一旦起吊船抵達基座旁 ,塔架就立刻安放上基座 ,然后將預(yù) 先安裝好 2 個葉片的機艙安放在塔架上 ,并在上翼緣處鎖住 ,最后采用定制的提升設(shè)備將第三個葉片安至機艙上。安裝過程十分重要 ,應(yīng)在天氣晴好時進行。在最后安裝與最后緊固螺栓階段 ,吊裝船仍需在一旁待命。 如何選擇安裝方案取決于機組的裝配設(shè)計、基座結(jié)構(gòu)、施工現(xiàn)場 ,以及一定程度上取決于維護這個機組所采用的方法。 4 風(fēng)電場安裝設(shè)備 早期安裝海上風(fēng)電機大多是通過自升式駁船或者漂浮式起重船實現(xiàn)。兩者之間的選擇取決于水深、起吊機的能力和駁船的載重量。起吊機應(yīng)具備提升風(fēng)機主要部件 (塔架、機艙、葉輪等 ) 的能力 ,其吊鉤提升高度應(yīng) 大于機艙的尺寸 ,確保塔架和風(fēng)機裝配件的安裝。 現(xiàn)有的起重船并非為海上風(fēng)電機組的安裝而特別設(shè)計 ,因此 ,現(xiàn)在已經(jīng)有不少機構(gòu)在設(shè)計制造用于大型的海上風(fēng)電場 (尤其是機組數(shù)量超過 50臺 ) 的電場安裝設(shè)備。 4. 1 吊裝設(shè)備相關(guān)專利 歐洲專利“海上風(fēng)電機組的運輸與安裝系統(tǒng)” (公告號 : EP1321670 , 公告日 : 技術(shù)資訊 第 16 頁 共 31 頁 2020206225 , 申請人 / 發(fā)明人 : PLAMBECK NORBERT (DE) ,專利附圖如圖 2 所示 ) 所公布的系統(tǒng)包括至少一個陸上驅(qū)動裝配車 ,裝配車上配備有支撐和提升設(shè)備 ,用于建設(shè)海上風(fēng)電系統(tǒng)或?qū)⒃O(shè)備轉(zhuǎn)移至裝配車上 ,該系統(tǒng)還包括一個浮船塢 ,作為可調(diào)整高度的升降平臺 ,海上支撐和運輸載有海上風(fēng)電設(shè)備的裝配車。升降平臺中包括至少一個留給裝配車的泊位 ,海上風(fēng)電設(shè)備通過陸上和升降平臺之間的調(diào)轉(zhuǎn)輔助工具運至升降平臺 (無需吊車 ) ,并運送 至海上風(fēng)電場地基所在之處 ,再由升降平臺放下即可。 歐洲專利“運輸海上風(fēng)電機組的升降駁船” (公告號 : EP1384883 , 公告日 : 2020202028 , 申請人 / 發(fā)明人 : PLAMBECK NORBERT (DE) ,專利附圖如圖 3 所示 ) 所公布的海上平底船 主要由運載設(shè)備和輸送設(shè)備組成 ,其中包括帶有輪軸和葉片的完整的機架 ,它們用于靜態(tài)的海上風(fēng)電場 ,提升平臺上裝有一個船桅機構(gòu) ,船桅機構(gòu)帶有一個支撐單元。運載設(shè)備接收并轉(zhuǎn)運海上風(fēng)電場的豎直塔架 ,塔架可以在岸上或者海岸邊裝配好 ,無需起吊機 ,該設(shè)備的特點在于轉(zhuǎn)運的安全性。 圖 2 海上風(fēng)電機組的運輸與安裝系統(tǒng) 圖 3 運輸海上風(fēng)電機組的升降駁船 其它相關(guān)的專利還有 US2020200809 、 EP1634998 、 J P2020293938 等 ,詳細內(nèi)容 ,可在歐洲專利局網(wǎng)站通過輸入專利號的方法檢索到相應(yīng)專利。 4. 2 風(fēng)力發(fā)電機吊裝船 A2Sea ,Seacore , MPI 等公司是風(fēng)電場建設(shè)用起重船的重要供應(yīng)商 ,他們曾為英國ScrobySands 海上風(fēng)電場 ,丹麥 Horns Rev、 Nysted 風(fēng)電場等 10 多個海上風(fēng)電場的吊裝工作提供了“ MVOCEAN ADY”號自升式駁船、“ Excalibur”號自升式駁船等系列吊裝設(shè)備。 “ Mayflower resolution”吊裝船 (圖 4略 ) 是一艘大型風(fēng)力發(fā)電機吊裝船 ,為 North 技術(shù)資訊 第 17 頁 共 31 頁 Hoyle風(fēng)電場安裝過數(shù)臺風(fēng)機 , 為 Kentish Flats風(fēng)電場安裝過樁 基。由英國海洋工程國際公司 (Marine Project International , 簡稱 MPI) 所有 ,中國秦皇島的山海關(guān)船廠承建 ,丹麥工程師 Knud E. Hansen 等人設(shè)計 , 長寬高為 130. 5 m 38 m 8 m ,允許風(fēng)機塔架的最大高度可達 100 m ,葉片直徑達 100 m ,配備的起重機具有 300 t 的起重能力 ,載重能力為 10 個風(fēng)機的部件 ,主要應(yīng)用于英國海岸的北?；驓W美等擬建風(fēng)電場的機組安裝 ,可以在天氣晴朗的時候進行安裝作業(yè)。船上懸掛馬恩島 (位于英國和愛爾蘭之間的一個島國 ) 的國旗 ,船員都是歐洲人 ,他們在船舶操控、定位、起重等方面具備超強能力。 MPI對于該船提高吊裝效率表示非常樂觀。 該船具有 6 個帶有用液壓升降系統(tǒng)柱腿 ,標(biāo)有 DNV 符號 (即滿足 D