海上风机安装船的发展

中船集团七○八所 秦琦

近年来，随着环保问题的日益突出和能源供应的紧张，风能作为一种清洁的、可再生的新能源越来越受到重视，风力发电逐渐成为新能源技术中最具规模和最成熟的发电方式之一。而海上风机的运输和安装作为风电场建设的一个重要步骤，其各种装备的发展有望成为风能发电产业链上前景较为乐观的市场。

海上风电场的发展现状

据了解，风力发电的优势是不需要燃料、不占用耕地、没有污染和运行成本低。随着陆地风电场的运营和海洋技术的发展，海上风力发电逐渐开始形成，发展形势急剧升温。选择在海上建造风电场不仅具有广阔的空间，而且风力和风能密度大，从未来发展趋势来看海上风电场将是一块巨大的“蛋糕”。

1991年，丹麦建成世界首个海上风力发电场，近年来，海上风力发电场在研究和实践中得以迅速发展。据欧洲风能协会统计，截至2008年底，世界海上风电总装机容量达到1471MW，相比2000年增长了16倍，2000～2008年间年均增长率达到200%。

从海上风电项目在世界各地区/国家的分布来看，欧洲占据绝大部分的市场份额，其中英国、丹麦、荷兰和瑞典是目前世界上最主要的海上风电发展大国。

世界海上风电项目的发展现状

注：数据来源于WSH，截至2009年7月。

海上风机的运输安装

风机的主要结构：海上风力涡轮机主要由叶轮（包括叶片和轮毂）、机舱、发电机、传动系统、偏航系统、控制系统、塔筒、连接件及基座等结构组成。

目前海上风电场的规模基本保持在50～100个风机，单个风机的功率一般为2～5MW。具体到风机的各个部件时，转子的直径一般为80～120m，机舱和转子约重200～450t，机舱的高度在海面70～90m以上。

海上风机运输和安装的基本过程：一般而言，海上风机的典型运输和安装主要包括以下过程：风机基座的运输和安装；塔筒的运输和安装；机舱、叶片的运输和安装（有时候塔筒和机舱一起安装，最后单独进行叶片的安装）。关于叶片的安装，有时是机舱和两片叶片同时安装，然后再安装第3片叶片。当然还有一种风机的安装方式是将整个风机直接吊装在基座上，这种方法比较适用于安装近海岸的风机。

风机运输安装船舶

海上风机的运输和安装作为风电场建设的一个重要步骤，其各种装备的发展有望成为风能发电产业链上前景较为乐观的市场。

主要类型：海上风机的运输和安装一般依靠风机安装船完成，主要包括重型浮吊船、自升式驳船、起重驳船等常规的工程船和专门设计的风机安装船等。

在海上风电场建设的初期，风机的安装主要采用重吊船、自升式驳船以及改装的风机安装船。随着海上风电行业的大力发展，风电场开始出现新建的专门适用于海上风机安装的船舶。

风机安装船的方案选择：由于受风机的台数和功率、离岸距离、水深等因素的影响，风电场的建设过程中所选择的风机安装船各有不同。比如欧洲大部分海上风电场所在的海域水深一般为30m左右（部分在40～45m之间），这种水深就比较适合选择自升式船作为风机安装船。

在已建成的风电场中，我们可以看出不同风电场选择的安装船不同。Egmond aan Zee海上风电场需要运输和安装36个Vestas V90型3.0MW风机，方案采用“Sea Power”号风机安装船运输风机，同时采用“Sea Energy”号风机安装船安装风机；在Lillgrund海上风电场的建设中，选择了“Sea Power”号风机安装船进行48个西门子2.3MW风机的运输和安装。

典型风机安装船介绍：风机安装船的自升系统以及起重系统、航速、载重量等参数决定了其工作性能，是影响风机经济性和安装安全性的主要因素。

欧洲Storeb lt集团于1990年订购的重吊船“Svanen”号最初用于桥梁的组装，目前也应用于风电场的建设。该船主要承担单柱式基座的安装，它的起吊能力达到8700t，足以安装目前的单柱基座（最大重600t）。该船采用双体结构，较大的船体能够提高船舶的稳定性。目前“Svanen”号将能够在最大工作水深为40m的水域进行下一代单柱基座的安装，基座上的风机将达600～800t，功率约为5～7MW。

◆ 改装后的风机安装船“Sea Power”号

据了解，世界知名的海上风机安装服务商A2SEA公司的“Sea Power” 号船是一艘典型的经过改装的风机安装船。2001年改装以来，该船参与了欧洲许多海上风电场的建设，如Horns Rev海上风电场（2002年）、Frederikshavn风电场（2003年）、Kentish Flats海上风电场（2005年）、Egmond aan Zee海上风电场（2006年）、Lillgrund海上风电场（2007年）等。

◆ 多用途风机安装船“NG-7500-HPE”号

荷兰GustoMSC公司作为世界领先的海洋装备设计商之一，设计了多型海上风机安装船，如NG系列自航自升式船。自航自升式多用途船“NG-7500-HPE”号能够在北海45m深的风电场作业。4条桩腿配备有高性能提升系统和斜向载荷系统，有利于风机更快、更方便地安装。该船安装有一台800t的重吊机，起重能力高、起吊距离大、悬臂直径小及360°全方位选择等特性构成了吊机的操作优势。主甲板局部采取加强结构，可以更好地运输风机。此外，该船还可以用于海上油气业务。

◆ 专用的风机安装船“Mayflower Resolution”号

由于普通的工程船并不能完整的进行整个风机的海上运输和安装，因此海上风力发电场急需一型专用的风机安装船。2002年，Mayflower能源公司与中国山海关船厂签订世界上首艘专用于风机安装的船舶“Mayflower Resolution”号的建造合同，该船于2004年开始服役。“Mayflower Resolution”号具备自升和自航能力，并且具有较高的安装效率。该船拥有较大的载货能力、浅吃水、适应恶劣天气，一次能够运载10台风机，一年能够安装的风机超过200台。该船拥有6根桩腿，能够在安装海上风机时升至离海面3～46m的距离。

◆ 新一代风机安装船“Blue Ocean Ships”号

继开发出世界首艘风机安装 船“Mayflower Resolution”号后，丹麦Knud E.Hansen A/S公司日前又为Blue Ocean公司开发出新一代风机安装船“Blue Ocean Ships”号。

“Blue Ocean Ships”号能够独立完成风机安装全过程，包括从打桩到连接件、塔筒的安装以及最后机舱和叶片的组装。新一代安装船的装载量比以前提高许多，而且安装过程经过优化，比如船舶甲板上可以运载整套风机，这样有利于节省安装时间。该船的主要特色是6个桁架桩腿和特殊设计的吊装装置可以为船舶提供优异的性能和安装效率，1200t的起重机能够将500t的机舱安装在离水面120m的塔筒。据了解，目前许多自升式风机安装船采用3条或4条桩腿，由于海洋环境的不稳定，船舶很容易出现安全问题。而新开发的“Blue Ocean Ships”号即使其中一条桩腿出现问题，仍能够保持安全，而目前大部分安装船无法达到这种安全性。该船采用DP2动力定位系统，能够在60m水深处作业。与同类型船舶相比，新一代安装船的航速相对较高，达到14kn，这样有利于减少航行时间和增加操作时间。此外，船上拥有大型起重机和宽阔的甲板，因此可以运输和起吊海洋油气工业中的大型模块，中型直升机平台和大型月池可以支持ROV操作和其它海洋工作。

海上风电场的未来发展

据欧洲风能协会预测，到2030年，海上风电装机量约占世界风电总装机总量的比例将提高至40%。海上风电的投资也从2008年开始保持快速增长，未来海上风电场的发展潜力非常巨大。具体到中国而言，中国海上风能资源相当丰富，据中国可再生能源行业协会的研究报告估计，中国潜在的海上风能总量达到750GW。

海上风电场的发展将越来越快，未来可能朝着风机更大、水域更深、成本更低、安全性更高、基座型式更多的方向发展，比如伦敦Array风电场未来可能会拥有300多台最大功率达7MW的风机。因此，这些特点都将对未来风机安装船的设计和建造提出更高要求。

2002～2020年风机的发展预测

综上所述，未来全球对新能源的需求将促进海上风电场项目的建设，进而促进海上风机安装船市场的发展；另一方面，海上风电场高效建设和风能经济性利用的要求将促使海上风机安装船的性能进一步地提高。