海上风电机组运输、安装和维护船方案

海上风电机组运输、安装和维护船方案

第38卷第4期

20O9年8月

船海工程

SHIP&OCEANENGINEERING

V o1.38No.4

Aug.2009

海上风电机组运输,安装和维护船方案

何炎平,杨启,杜鹏飞,谭家华

(上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院,上海200240)

摘要:根据东海大桥风电机场需要设计一艘海上风电机组运输,安装和维护船方案,介绍该方案的主要

要素,总布置,运输和起重能力,桩腿和升降系统,在配备液压打桩锤时,本船还可以用于安装海上风电场的基

础,供开发和设计此类船舶参考.

关键词:海上风电场;海上安装;起重船;基础

中图分类号:U674.2文献标志码:A文章编号:1671—7953(2009)040136—04

相对陆上风电场而言,海上风电场具有不占

用陆地面积,风速比陆地大,风向较稳定等优点,

虽然其建造和电网连接成本都相对较高,但是海

上风能开发的经济价值和社会价值正得到越来越

多的认可.全球范罔内诸多国家广泛研究和开发

利用海上风力发电,尤其是欧美等发达同家,目前

海上风力发电场技术正日趋成熟.自从丹麦于

1991年建成第一个海l风力发电场,到2006年

末,全球运行了超过900Mw装机容量的海上风

电场,几乎所有海L风电场都在欧洲.

我国出台的《可再生能源中长期发展规划》中

再次突}}{了对水能,风能,太阳能的重点支持,预

计到2020年风力发电总容量达到3015万kw.

我国的风能资源主要分布在东北,华北,西北和东

南沿海地区.东南沿海距离电力负荷中心近,土

地资源紧缺,海上风电将成为东南沿海风力发电

的趋势.我国正在积极地筹建海上风电场,见表l.

表l我国正在筹建的海上风电场Mw

收稿日期:2008一l229

修回日期:20090312

资助项目:家科技支撑计划(2006BAA01A25).

作者简介:何炎平(1971一),男,博士,副教授.

研究方向:船舶与海洋丁程专业教学,研究和设计.

E-mail:.Crl

】36

2海上风电机组的结构及安装方式

海上风电机组的结构形式类似简易海上平

台,其主要组成部分包括:叶片,轮毂,机舱,塔架

和基础_2.

海上风电机组和陆上风电机组从结构形式上

来看,它们的最大差别在于基础形式[3],具体采用

何种形式,需要根据风电机场的水文和地质条件

确定.

已建的海上风电机组依安装方式不同主要分

两种:海上分体安装和海上整体安装.两种安装

方法都要求安装安全和海上作业时间短.

2.1海上分体安装

海上分体吊装就是在海上将风机的各个部件安

装在一起.由于海上风浪大,风机很高,给海上起重

作业和安装带来很大的难度,为了提高安装效率,仍

然考虑尽可能在陆地组装风机部件,以减少起吊

次数和高空安装作业T作量.现今海上分体安装主

要有两种方式:叶式安装和兔耳式安装.

2.1.1.二叶式安装

在陆上把风电机组的二三个叶片和毂帽安装

好,组装成风车头,但并未与机舱连接.运输时,

调整叶片放置的角度(见图1),使其合理布置于

甲板上,以便有效利用甲板空间.

一图l三叶式风电机组安转

海上风电机组运输,安装和维护船方案——何炎平,杨启,杜鹏飞,谭家华海上安装时,在把机舱安装在塔架上后,将已

组装好的风车头直接吊装在机舱上,可减少海上

叶片安装时需定位,对接等系列高空作业,降低海

上施工难度.

2.1.2兔耳式安装

在陆上把风电机组的两个叶片安装在毂帽

上,并与机舱上安装好,形成兔耳型形式(见图

2).海上安装时,在安装好塔架后,可把机舱,两

个叶片和毂帽组件吊起安装在塔架上,然后安装

最后的一片叶片.运输过程中,也可合理设计工

装,以有效利用甲板面积.

图2免耳式风电机组安装

海上分体安装最大的优点是对起重机的起重

能力要求不太高,但对起重作业时船舶的稳定性

要求很高,需要保证下部塔简与上部塔筒之间准

确对位,上部塔简与机舱之间准确对位,轮毂和机

舱之间的准确对位(三叶式安装)或第三片叶片与

机舱轮毂之间的准确对位(兔耳式安装),这么多

的施工环节和安装要求在海上连续进行难度很大,施工中除了风,雨,雾等天气因素影响外,传统

的起重船仅仅依靠锚缆系统对船体定位也难以避免海上波浪,潮流影响,特别是当安装进行到上部塔筒以上的部位时,船体轻微的晃动在80m以

上高度会引起数米的位移,给准确对位带来了很大的难度l4].因此,为了能够承受恶劣天气状况

和长时间作业,国外进行海上分体吊装时是采用带自升式桩腿的平台或船只,采用桩腿的目的就是为了保证安装的精度和施工进度,使海上的安装类同于陆上的安装.

依靠普通起重船进行海上风电机组分体安装

因不经济而不可行.

2.2海上整体安装

海上风机整体吊装在英国的Beatrice风场进

行过,用”Rambiz”号双吊臂大型起重船,该船的

最大起重能力为4000t,对应4000t起重量的桅

杆长度68171_,对应3256t起重量的桅杆长度为82m,这种T艺包括两个步骤:陆上或岸边驳船

上组装和海上运输与安装.

电机组

图4”南疆”号整体安装海上风电机组

陆上或岸边驳船上组装:在海边的码头上寻

找合适的空地或在码头系泊的驳船上,进行风电机组的塔架,机舱和叶片的组装.

海上运输与安装:利用组装用驳船或起重机

吊住组装好的风电机组运输到安装地点,利用起重机把组装好的风电机组安装在已建成的基座上.

我国中海油采用”南疆”号3800t起重铺管

船在离岸70km的渤海绥中36—1油田完成了1 座海上风电机组的安装.中海油在该油田30m

水深的一个导管架上安装了l台1.5MW永磁

直驱风力发电机组,铺设了1条5km长的海底

电缆至绥中36—1油田的中心平台,风力发电机组运营后,实现了对该平台的并网发电.

海上整体安装对起重船的能力要求高,组装

的风电机组与建成的基座对准和安装是需要解决的关键问题,还需要设计专用的起吊吊具和运输时的固定装置.

3海上风电机组运输,安装和维护

船方案

为了兼顾海上风电机组的安装和维护,比较