海上风机安装工艺方案探索.doc

海上风机安装工艺方案探索科技与管理2011年第2期文章编号:2030/SG(2011)0208海上风机安装工艺方案探索摘要:随着世界范围内海上风电建设的快速发展,安装方法也由原来的整体安装,发展到现在大规模运用的分体安装,并拓展出其它概念方案.本文根据我国海域情况,海上风电发展现状提出了一种海上风机安装的新方案,该方案施工安全性高,周期短,且施工费用相对较低,为我国海上风电的建设提供了一条新的思路.关键词:海上风电;风机安装船;安装方法;分体组装;整体落位0引言经过二十年来的发展,世界海上风电技术日趋成熟,已进入大规模开发阶段;我国还处于起始时期,有着广阔的发展前景.以国外的先进技术为基础,加上硬件上的配合,我国海上风电的迅猛发展指日可待.1国内外海上风机安装方法世界上已建的海上风场,其风电机组的安装方式主要有两种:整体安装和分体安装.1.1整体安装整体安装是指将包括风机塔筒和整个上层设施在内的风机作作者简介:黄庆,男,硕士,助工.研究方向:船舶涂装设计.34科技与管理2011/1黄庆,彭祖洋,梁汉红,沈强为一体预先在岸上安装调试好,然后整体运送到场址进行安装,具体做法一般包括以下三个步骤:陆上拼装,海上运输和海上吊装.图1东海大桥风机运输2008年启动,到2010年4月结束的我国东海大桥海上风电示范工程,采用了整体安装的方式安装了34台3MW风机.风场建设团队包括了4000t半潜驳,2400t起重能力的大型起重船,拖轮,抛锚艇,小浮吊,交通艇等6种11条船,如此庞大的施工队伍使得风机安装费用居高不下.1.2分体安装分体安装一般采用从下往上的方式(塔筒一机舱一叶片)在海上场址的风机基础上将机组各个部件安装到一起.风场运输船的运输能力和安装船的起重能力直接影响所能采取的安装方式,机舱和叶片的安装可采用以下两种方式:(1)”三叶式”安装:在岸上将三片叶片和轮毂安装完成后运输到海上场址与机舱对接.(2)”兔耳式”安装:在岸上将两片叶片,轮毂和机舱安装在一起,然后运输到安装地点,对接机舱与塔筒,最后安装第三片叶片.图2”三叶式”安装图3”免耳式”安装1.3两种安装方法的对比分析整体安装方法需要用到大型运输驳船和大型起重船,安装成本较高;同时,由于大型起重船操纵能力的限制,对风电机场的布置将提出更高的要求.所以,这种安装方式一般仅在风电机场的试验阶段采用,不适用于大型风力发电场的建设.分体安装是目前国外大型风场建设的主要安装方式,这种方式需要专业的风机安装船,安装工艺技术费用比整体安装方式低.但其海上施工比较复杂,难度大,施工周期较长.2海上风机安装工艺新方案从以上安装方法的介绍和对比,不难看出,整体安装和分体安装方法各有利弊.有没有一种安装方法能够吸取两种方法的优点,扬长而避短呢?这篇文章要探索的就是这样一种新方案:”分体组装,整体落位”式安装方法.2.1船型及功能“分体组装,整体落位”式海上风机安装方法,需借助配套的风机安装船来实施安装过程.该船船体配置四条桩腿,舷侧布置一台全回转吊机,船艉设置风叶托架,船舶甲板面中心线处设置平移系统,船艏中间位置设置u型月池,月池两侧甲板上布置带提升和扶正功能的风机安装架,甲板尾部舷侧布置船员起居室,满足连续的海上作业要求,其概念模型图如图4所示.该船的主要系统包括:自升式桩腿,平移系统,安装架,提升系统和扶正装置.图4风机安装船概念图2.2安装方法2.2.1装运定位1)在码头,利用吊机将风电机组的零部件吊装到风机安装船相应位置:风叶安置在船艉托架上,塔筒放置在起居室对面舷侧并紧固,机舱布置在甲板面上安装架旁.2)装载完毕,用拖轮将安装船拖至风电场安装地点,利用锚泊设备对安装船进行定位,使安装船上升降平台及扶正装置中心与风机基础的中心对齐.3)定位完毕,启动桩腿,提升安装船,使主船体脱离海面,减少安装作业时风浪的影响.2.2.2风机安装流程风机安装采用”分体组装,整体落位”式安装方法,即在安装船甲板及安装架上将风机安装成整体后,整体落位至海上的风机基础上,具体的安装流程如下:I)将机舱及轮毂吊至位于船体中心线位置的平移小车上,依次安装2片叶片,形成”兔耳”式;2)驱动平移小车动力系统,使其沿着轨道将机舱平移至月池盖板上,利用小车上的旋转工作平台使机舱的对接法兰中心与升降平台中心对齐,然后合拢升降平台;3)利用安装架提升系统对升降平台及机舱进行提升,升至升降平台底面略高于第l节塔筒位置,平移小车返回吊装区域;4)吊机将第l节塔筒吊至平移小车上,驱动平移小车至船艏风机安装架处,利用小车上的旋转工作平台调整塔筒,使塔筒中心与机舱对接法兰中心对齐;5)下移升降平台,使”兔耳”式机舱与第1节塔筒对接;6)启动扶正装置对风机进行环抱保护,升降平台回落至风机塔筒底部,并抱紧风机塔筒;7)提升已安装好的第l节塔筒和机舱,在一定高度位置停止,旋转机舱轮毂,使第3片叶片安装接口水平布置,并吊装第3片叶片.叶片吊装完成后,旋转机舱轮毂,保持整体平衡;8)继续提升,并按以上步骤依次安装剩余塔筒,安装过程中根据需要依次启动中部和上部扶正装置对塔筒进行扶正;9)塔筒对接完成后,提升升降平台,使塔筒下法兰面脱离甲板面,然后开启船艏月池活动盖板,下移升降平台,使塔筒与基础进行对接;i0)对接完成后,收拢扶正装置,打开升降平台,安装结束.收起安装船桩腿,使安装船重回海面.3结束语“分体组装,整体落位”式安装方法相对于整体吊装方案而言,对吊机性能的要求大大降低,该方案配套的安装船可白行携带数套风机零部件,风场建设所需的船舶数量减少;该方案在安装船甲板上完成风机组装,施工过程与分体安装方法相比,操作难度降低,安全性更高,缩短了施工周期.”分体组装,整体落位”式风机安装船的高效率和多功能性对控制安装成本起到了积极的作用.据了解,目前E建的风机安装船中,A2SEA公司的SeaInstaller预计花费9000万至1.4亿欧元E2,MPI公司的Adventure和Discovery两条船总投资为5.5亿美元3.如此高的投资是基于欧洲市场成熟的安装工艺和经营模式的基础上的,而我国目前还处于海上风场建设的起步阶段,是一个机遇和2011/I科技与管理35科技与管理2011年第2期挑战并存的时期,高投入必然不利于公司控制经营风险.因此,在考虑海上施工和市场需求的情况下,本文中的安装方法所需配套船舶造价相对较低(据初步核算,该船的建造成本在4亿元左右),这种安装方法集中了分体安装和整体安装的优点,有效地控36科技与管理2011/i制了安装成本,为我国海上风电的建设提供了一条新的思路.参考文献1张崧,谭家华.海上风电场风机安装概述J.中国海洋平台,2009,2