海上风电机组运输与安装方式分析

于晓东

中电投电力工程有限公司 上海 200000

我国经济正处于快速发展阶段，对于能源的需求与日俱增，同时又面临着环境恶化的压力，因此，发展清洁能源成为了我国发展规划中的重要方向。我国海域幅员辽阔，可利用的风能资源预计超过7.5亿千瓦，可见发展海上风力发电场，必将成为我国未来电力战略部署与发展的重点。海上风电场的建设过程中，风险最大的当是风机海上运输和安装环节，其中影响海上风电机组运输与安装因素多种多样，尤其是选用的船舶、风电机组的运输方式与安装方法必须确保足够的科学性、合理性，否则除了对建设工期与成本造成严重影响之外，甚至还可能导致项目的失败。所以，针对风电机组在海上运输与安装方式的研究极为必要。

1 海上风电运输安装方式分类

区别于其他海洋工程，海上风电机组的运输安装具备重心高、机位多、部件多等特点，所以应就风电机组实际情况，制定出合理可靠、经济、可执行性较强的运输安装方案。运输安装采用一条船形式是国外风电场惯用做法是，在国内外均有成功应用的先例。

2 海上风电机组常用运输及安装方式研究

2.1 自升式吊船散装式

自升式吊船配置液压升降腿柱，可将船体举升离开水面进而避免风浪影响吊装施工。船上还设置有全旋转吊车，加上船甲板面积足够大可同时容纳四到五台风机，航行的吃水深度为2.5m～5m，适用水深在40m左右，通过对腿柱的加长设计还能适应更深水域。这种安装方式除了能够避开了海况影响，而且工期明确，效率较高，无需船队作业，成本较低。其明显缺陷是船舶的制造成本较高且需要较大的一次性投资，造船周期需三年左右导致船舶资源极为稀缺，受水深限制而不适合远距离作业，同时必须提前做地质可行性分析作为前提保障。.综合考虑其优缺点，优点明显大于缺点，因此自升式吊船散装式是目前海上风机安装普遍应用的方案。

2.2 稳性桩浮吊船散装式

稳性桩浮吊的甲板面积较小，可运輸两到三台风机，配置有四条液压自力式升降腿但船体不离开水面而是依靠水的浮力进行作业。船体上设置定位桩减小风浪中船体的运动幅度，提升安装作业效率，加上省去了起抛锚环节大大提升了作业效率。这种安装方式有效地降低了吊装作业中海况影响程度，一台风机安装用时约3.5天作业效率较高，不需船队作业且具备自航能力，也是属于成本较低的作业方案。尤其是船舶资源直接可由运输船改造而来，改造周期较短，能够快速满足资源需求。其缺点是甲板面积较小，需要进行频繁的重复动复员，不适合远距离作业且发生较大涌浪时需要停止作业撤离现场，导致作业效率降低且工期无法保障。适用水深通常小于30m，因此该方案一般作为过渡期的选择方案。

2.3 普通方驳加装雁带吊散装式

现有方驳吃水深度通常约为1.5m，结合海管铺设的相关经验，能够在渔船和线性绞车辅助作业下，行进到高潮水深0.5m以外的任何区域。1000t～7000t不同等级的驳船都能够使用这种方式，履带吊的吊高与吊重可以满足要求即可，因此可选择当前陆地风电场建设普遍适用的吊车。这种安装方式较为适用潮间带的作业，在进行较深水区域的作业时可通过加装生活集装箱的方式改善艰苦的条件。而进行滩涂区域作业时则能够用两栖车作后勤保障，倒班人员可以宿于陆地。因此这种方案明显较为适用于在涌浪较小的浅水区域作业，滩涂地的效率则略为稍低。

2.4 普通浮吊船散装式

在现有的近海海洋工程作业中，极少部分为动力定位式，较为常规的浮吊大部分是锚定位式，然而其具备制造成本过高并且日租金昂贵的缺点。这种方案的操作方式类似于自升式吊船，区别只是在于用抛锚方式代替腿柱支撑式在机位旁的就位作业，因此要求具备自航能力或者需要用到辅助抛锚船。这种方案极易受到海况的影响，在涌浪较大的情况下需要停止作业并撤离现场，作业效率不高且工期无法保障，预装一台风机需用时7天不间断的作业。加上风机部件材质主要是玻璃钢，极易因碰撞而破碎所以存在较大的安装风险。需要船队进行作业，又因为普通浮吊的吊高不足必须使用大型的浮吊船，而这类船舶资源较为稀缺。这种方案的最大优势在于不受水深限制，而鉴于以上种种原因，尚未出现这种方案的应用先例。

2.5 普通浮吊整体运输吊装式

相对于散装运输，这种方案受到吊高限制需要采用大型浮吊以达到风机轮毂高度，或者需要用到双扒杆浮吊。根据浮吊能力，一个航次能够在甲板上固定两到三台风机。对于长距离运输情况，可以选择以驳船运输的方式来提高吊装效率。其过程中浮吊不需返航，风机整体以滑移的方式装上驳船进行往返运输以此提高浮吊作业效率，大大节约了作业成本。

3 中国海上风电的发展优势

风能是重要的清洁能源，使用风能并不会像使用石油、煤炭等石化材料会出现温室气体排放、产生空气污染等问题；风能还属于可再生资源，在地球上持续存在，不会像石化能源出现枯竭的问题。因此风能所具有的绿色性是能多传统能源无法比拟的，对实现可持续发展具有极高的优势。而海上风电具有更明显的特殊性，相比传统能源优势更加明显。

区位优势。海上风能资源具有明显的区位优势，能在采集风能的同时，更好地为高电力需求地区供电。目前能源资源富集的地区都比较偏远，与人口中心地域有比较远的距离，或者需要长途运输煤矿等资源，或者需要长途输电满足要求。同时，我国西北地区陆上风能储备较多，但是电力负荷集中在我国东南沿海地区，如果西北地区采用陆上风电模式发电再将电力输送到东南沿海，还需要继续进行高压输电网建设，而且风电输送的过程中也会产生大量的能耗。而海上风电技术能够直接为沿海地区供电，并充分利用海上风电资源。我国东南沿海地区的风电资源储备量非常高，在渤海、黄海、东海、台湾海峡都有丰富的风电资源，通过架设海上风电设施，能做到对沿海地区的电力直供。虽然海上风力发电的成本较高，但综合火电的环境问题，西部对东南沿海的电力长途输送，海上风力发电具有更高的综合效益，尤其近海风能资源的潜力巨大，而且具有明显的优势。

海上风电相比陆上风电具有明显的直接优势，虽然两种风电模式都存在间歇性、不可控的问题，但是海风相比陆风的持续性更强，所蕴含的能量也更高；在海上建立风电站，也不会占据陆地土地面积，可以减少风电厂建设对公众的生活造成干扰，也能避免占用土地激化土地不足的矛盾。由于海上风电不会像陆地一样受到限制，在铺设电力传输网络时布线也能更加自由，通过科学布线能有效减少输电线的长度，最大幅度降低线损，优化对能源的利用。同时，海风所产生的潮汐、波浪、盐梯度、海洋温度也能带来其他全新的发电方式，依靠海上风电站能融合全新的综合发电方式，建立具有更强综合发电功能的海洋发电基地，充分发掘海洋的能源，提升供电的综合性和多元化，更有利于减少化石燃料生产所导致的温室气体排放问题，保护自然环境和公众的身体健康，和谐利用自然资源并造就绿色就业机会，进一步减少对化石燃料的进口依赖，维护国家的能源安全。

目前，这种方案在国内已有成功应用的案例，其中包括了中海油渤海风电示范项目，以及东海大桥的100MW海上风电示范项目。两者仅在运输上存在一些差别，在安装方式的选择与作业方面基本一致。中海油渤海风电示范项目，使用蓝疆号进行整体运输以及进行海上吊装作业。东海大桥项目，选择采用驳船进行整体运输，以双扒杆浮吊进行整体吊装作业。

由于这种方案的大部分工作可以在陆地上完成因此成本较低。在海况允许的情况下，海上的安装作业在1天内即可完成，效率相对较高且基本上摆脱了水深限制。能够在陆地上进行部分调试是这种方案的最大优势，其明显缺点则是要建设专用码头对风机进行整体组装，不但存在选址困难且费用也比较高。天气变化情况对于运输及吊装过程的影响较为敏感，存在较大的安装风险，尤其是在运输过程中必须充分做好避风措施。运输距离控制在20海里范围内为宜。因为需反复多次动复员到码头进行整体吊装作业，所以小型机组在这种方案下的作业效率较低且成本偏高。但是随着海上机组大型化发展，该方案在近海风场建设中将占据一席之地。

海上风电工程的施工交通运输中，最为关键的是场外交通和场内交通。场外交通主要包括进场交通、物资设备长途运输，比如风电场关键设备运送到港口、铁路车站，或者通过水路运输到港口等区域；除运输物资设备，还有人员等方面的运输任务，需要确保人员运输的安全性和及时性，保证海上风电场的安全、高效建设。场外运输主要是运输基础钢结构，以及升压站等相关光结构设备，由于钢结构设备体积较大，设备质量较高，因此会选择成本相对更低，并且运载能力更强的水路运输方式运输到海上或者施工现场。施工过程中，还需要加强施工现场的内部联系，保证施工过程中的场内交通连贯性，比如确保风电场施工现场内部的工作区、生产区、生活区之间的交通连接，所以需要在陆上施工中搭建专门的临时基地，以便能连接陆地到海上的交通路径，为海上风电场的施工提供补给和运营支持。在设计海上交通方案时，工程师应该结合气象、水文观测、航道等因素设计运输路径，尤其是对于基础钢管桩、升压平台钢结构、风机塔筒、风机叶片等这些设备均属于超长、超重的大型构件，必须设计最科学的交通运输方案，保证风电场施工能顺利完成。

结束语

综上所述，在当前电力需求迅猛增长背景下，我国海上风电项目建设呈现出爆发态势。在这种情况如何有效地运输海上风电机组并做好安装就显得十分重要。有鉴于此，上文在充分结合笔者对相关文献研究以及自己多年工作实践情况下主要就海上风电机组运输与安装方式展开研究，以供广大同行参考。