海上风机基础形式与风机安装发展趋势

海上风机基础形式与风机安装发展趋势

风电机组基础形式决定风机设备的安装方式，至今制约着我国海上风电产业发展的主要因素，是缺乏离岸型风电机组的专业安装船舶。目前，包括三一重工、振华重工在内的国内设备制造厂家开始进入专业海上风电机组吊装船的制造领域。但是，为使专业安装船舶适应海上风电机组的吊装要求，还必须要对大型海上风电机组的发展进行有前瞻性的预测，以满足未来海上风电场不断变化的安装要求。

标签：海上风电机组；风电机组安装；安装方法

1风电机组安装基础的类型

海上风电机组的基础形式主要取决于水瀑和海底地质条件，同时与机组的安装方法有关。可选择的基础形式较多，主要有重力式基础、单桩或多桩基础、导管架基础、吸入沉箱基础和浮武基础等。在目前已建成海上风电场中，较多的应用了图1所示的重力式或单桩（多桩）式基础。

一般而论，重力式基础适合水深度较浅的区域，但在过浅的区域可能会受到波浪的影响。

重力式基础的沉箱大部分可在岸上制造完成，且不需要打桩。因而成本较低，在置放重力式基础前，通常需要对海底进行预先的平整处理，凿开海床表层换以层铺的沙砾层。此后，使用驳船运送或漂浮拖驳至场址，基础就位之后再用混凝土将其周边固定。

重力式基础可分为混凝土重力式基础和钢结构重力式基础。混凝土重力基础的制造工艺简单，完全依靠自身的重力置于海底，适合于各种类型的海床。早期的海上风电场一般采用混凝土基础，但是由于其巨大的质量（如某工程的单个基础达1800吨），给运输和安装施工带来很大的困难，钢结构重力式基础虽然同样需要制作重力沉箱，但可根据海况设计和制造钢结构，在安装就位后，再根据需要向钢结构基础中浇注高密度的橄榄石压载，达到基础重力的设计要求，使其整体重量得以大幅度降低，更便于安装和运输。但钢制基础不适台腐蚀性强的海域。

1单桩和多柱基础

桩式基础是海上机组的另一种常用基础形式。此类基础通常有两种施工安装方法，一种是在指定地点，采用打桩锤将管状桩基打入要求的海床深度。另一种是使用钻孔机在海床钻孔，装人桩后再用水泥浇注。与重力式基础比较，桩式基础通常适用干较澡的海域，水深可达到30m以上。由于桩墓与塔架都为管状，因此在现场其间的连接更便捷些。但对于基岩层距离海柬远或坚硬岩石海床，打桩的过程可能需要增加较多成本。甚至难以实施。对于水深度较浅且基岩离海床表面很近的位置，单桩式基础是最好的选择，相对较短的岩石槽即可以承受整个

机组结构的倾覆力距。

多桩基础近年也得到一些工程的采用。我国东海大桥海上风电场即采用了此种基础形式。多桩基础的施工，需要将多根制作好钢管柱用船舶运到现场，然后由现场打桩船打桩到要求的海床深度。利用桩桩基础，通过钢套箱模板浇注混凝土制作基础，再将多根桩连成整体。在基础满足强度要求后，将钢套箱进行拆除处理。

通常多桩比单桩基础适用的海域要深些，且更适合于淤泥层较厚的海域。多桩基础采用的桩也相对较长，如东海大桥海上风电场所用桩长度超过了8米。

2风电机组安装方法及发展趋势

海上风电机组安装的目标都是以适当的投入尽量减少海上作业时间，减少海上安装的不确定性，从而节约总成本并避免工期延误。目前海上风电机组安装的方法主要有两种：第一种为风电机组传统吊装法，第二种是风电机组整体吊装法。

2.1传统吊装方法

传统吊装法经过了几十年的发展，在海上风电机组安装中的应用广泛。此类安装方法主要分为3个步骤：

（1）机组的基础桩安装；

（2）风电机组塔架部件的安装，

（3）机组的机舱及叶片部件安装。

在采用传统吊装法的施工过程中，基础、塔筒和机舱及叶片安装需要在海上，分不同阶段来完成。用合适的运输船将基础桩运输到位，用打桩船把桩打到海底；然后需要在基础桩上安装船舶登靠设施、J形管、悬梯、平台等辅助设施，布好海缆后，再使用起重船进行风电机组塔架的分段吊装；此后分别吊装机舱、轮毂和叶片部件。

海上机组的传统吊装法的实施过程，可以完全分开的各个部件，也可以是在一定程度上在岸上进行一些部件的预组装。例如，比较常用的所谓“兔耳朵”式的运输方式，即先在岸上将机舱内的部件安装好，并将2片叶片预装在轮毂上·通过驳船运输到现场，进行塔架、机舱和“兔耳朵”式风轮部分吊装后。最后将1片叶片安装到位。上述吊装通常需要10～15时的时间，完成后需要通过直升机或小艇将工作人员运送到凤电机组进行风电机组上的调试。

上述的风电机组传统吊装法，由于安装过程主要在海上完成，安装时间长短与天气的关系极大。若遇不好天气，会严重影响安装的进度计划。同时，安装后的风电机组调试过程也需在海上完成，可能出现的机组故障，也会导致初期成本

大幅度增加。

2.2 风电机组的整体安装方法

风电机组整体安装是一种施工新技术，其设计原则遵从了“能在陆上安装就不在海上安装，能在地面安装就不在高空安装”的理念：将包括凤电机组的塔架、机舱及叶片预先在岸边的船上整体安装并调试，然后再整体运送到场址进行安装。由于机组的整体均在岸边装配甚至预试车，可以降低海上天气对安装的影响和海上试车的故障率。

3结束语

上风电场在欧洲北海海域发展迅速，海上风电枫组安装技术不断更新；在我國，海上风电场刚起步，海上风电机组安装技术正处于摸索阶段。上文通过对国内外两个典型的海上风电场海上风电机组的安装进行比较，阐述了海上风电机蛆的安装理念，探讨未来海上风电机组安装方法。

参考文献：

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[2]张蓓文，海上风电场设备吊装[J]上海电力，2017.

[3]姚兴佳，隋红霞，刘颖明，王晓东，海上风电技术的发展与现状[J]上海电力，2007.

[4]龚闽谭家华蝈升自航式船发展概况[J]海洋工程，2016.