40m 自升式风电机组安装船设计研究

2015-01-01 02:21
船舶与海洋工程 2015年6期
关键词:自升式风电场甲板

汪 峥

(中交第三航务工程局有限公司,上海 200032)

0 引 言

风能作为一种可再生的清洁能源,近年来发展迅速。相比陆上风力发电而言,海上风力发电具有风速快、噪音污染小、电磁波干扰小等诸多优点,从而成为新能源发展新的增长点。

1 海上风电发展概况

1991年丹麦建成第一个海上风电场,2000年又在哥本哈根湾建设了世界上第一个商业化意义的海上风电场。此后,海上风电进入了商业化开发阶段。近几年世界风电产能每年都在快速增长,2011年共有235台风电机组在九个风电场实现并网,总容量达866.4MW。我国近海风能资源预计可达7.5亿kW,是陆上风能资源3倍,2010年国内第一个海上风电项目——上海东海大桥100MW海上风电示范项目已经建设完成,实现并网发电。根据国家最新的能源规划,中国海上风电的发展目标为2015年达到5000MW,2020年达到30000MW。目前,中国沿海由北至南已经规划的海上风电项目总计约24个,总装机容量超过25000MW,预计到2020年中国有望成为全球海上风电总装机容量的第一大国。

2 自升式风电安装船现状

现有海上风电机组一般由基座、风机塔筒、机舱(含叶片)3个主要部件组成,相对于陆地而言,海上环境恶劣,施工难度大。早期的海上风机安装大多采用半潜船或起重船实施,但这种施工方式定位能力差、效率低,受风浪干扰特别大。

自升式专用安装船,通过平台依靠桩腿的升降,在工作时避免了波浪载荷对平台稳定性的影响,同时获得了精确定位和测量观测控制垂直度的条件。该施工平台将桩基定位,打桩,风电机组起重安装功能合为一体,技术先进,效率高。

由于风电机组安装船在海上风机安装方面的巨大优势(见图1),国内外诸多企业都在投入巨资加快步伐进行着力研究,掌控市场主动权。先后研制并建造了第一代、第二代、第三代自升式风电机组安装船,并在风电场施工中成功投入使用,为企业带来巨大的经济效益。随着国内造船企业技术工艺水平的不断提升、设备配套能力不断完善,越来越多的船东选择将船舶放在国内建造,国内企业面对巨大机遇和大好前景,同时开始研发并成功设计建造了几条船舶。目前国内设计建造风电机组安装船技术日趋成熟。

图1 海上风电机组安装船

图2 润邦海洋建造的“蓝潮1001”在东海一期修理安装风机

3 自行研制的自升式风电机组安装船技术方案

3.1 功能定位

1)具备顶升状态分体安装(单件安装、兔耳式安装和甲板拼三叶后吊装3种方式)单机6MW风机的能力;

2)具备打桩功能,能打最大重900t单桩;

3)浮态可作起重船用。

3.2 总体描述

该船为箱形,钢质、单底、单甲板,尾部两舷设有甲板室,艏部、艉部右舷支腿各设有起重机,带有4根桩腿及相应的抬升系统,作业时桩腿立于海床上并将船体举升离开水面,避免风浪对船体作业产生影响。抬升驱动方式为液压驱动。平台为非自航,但具备作业现场自动移船及动力定位系统。

3.3 主要尺度(见图3)

船 长/m 81.6

型 宽/m 40.8

型 深/m 7.2

设 计 吃 水/m 4.7

最大作业水深/m 40

甲板载货面积/m22000

可 变 载 荷/t 2900

满载排水量/t 14311

满 载 吃 水/m 4.9

环 境 温 度/℃ -20~45

设 计 温 度/℃ -9.9~45

甲板承重能力/t/m212

自 持 力/d 30

航 区 近海拖航、近海作业

定 员/人 25+50 人

4 主要设备

4.1 抬升系统

该平台抬升系统为液压插销式,由桩腿、插销及抬升油缸组成,每个桩腿设两组抬升装置。每组抬升装置有1个环梁,在环梁上安装3个插销及6个抬升油缸。插销安装在环梁上,环梁通过抬升油缸与船体结构相连。当插销插入桩腿的销孔后,通过伸缩抬升油缸实现平台(或桩腿)的升降。当两组抬升装置交替工作时,可以实现平台的爬升。

该液压抬升系统的桩腿为圆柱形钢质结构,在桩腿上面,根据升降系统的插销形式布置有等距的“鹅卵”状销孔,桩腿下部设有桩靴。平台主体通过插销、销孔连接在桩腿上。

图3 自升式风电机组安装船

4.2 主起重机

该起重机额定起重量为1000t,吊距为25m,布置在船体桩腿中心,为绕桩式全回转重型起重机;吊高为甲板以上110m。起重机所有的绞车和回转机构采用电动液压驱动和控制。起重机采用绕桩形式很大的好处是占用甲板面积小,并且浮态起重时不受桩腿干扰。

对主起重机的要求是能起吊最大900t的单桩和分体式安装5MW风机。由于分体安装风机的起重量最大为400t,1000t的起重量完全能满足这两方面的需求。另外为了满足多方面起重需求,还配备了150t的副钩和两个10t的索具钩。

4.3 副起重机

该起重机在平台顶升状态下额定起重量为360t,布置在船体桩腿中心,为绕桩式全回转重型起重机。起重机所有的绞车和回转机构采用电液驱动和控制。该副起重机的配备是为了满足平台上拼装兔子头和翻桩的需求。

4.4 主柴油发电机组

为了满足各种工况下船舶功率的使用,该船配置了4台1800kW的主柴油发电机。

4.5 推进系统

该船不具备自航能力,但具有辅助推进的功能,可在作业海域不依靠拖轮自行移动。艏艉均配备两台全回转舵桨使平台具有DP1 动力定位性能,机动性好,窄航道内进退自如。

5 结 语

自升式风电安装船是海上风电施工的关键设备,它能满足大型风场建设采用分体安装工艺的需要,以降低安装作业的条件要求,海域适应性更强。

[1] 张太吉,汪张棠. 一种新船型—海上风电设备安装船的开发[J]. 船舶,2009, (5).

[2] 莫为泽,冯宾春,邓 杰. 海上风电机组安装概述[J]. 水利水电技术,2009, (9).

[3] 张培文. 海上风电场设备吊装[J]. 上海电力,2007, (20).

[4] 孙东昌,潘 斌. 海洋自升式移动平台设计与研究[M]. 上海:上海交通大学出版社,2008.

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