40m 自升式風電機組安裝船設計研究

汪 崢

（中交第三航務工程局有限公司，上海 200032）

0 引 言

風能作為一種可再生的清潔能源，近年來發展迅速。相比陸上風力發電而言，海上風力發電具有風速快、噪音污染小、電磁波干擾小等諸多優點，從而成為新能源發展新的增長點。

1 海上風電發展概況

1991年丹麥建成第一個海上風電場，2000年又在哥本哈根灣建設了世界上第一個商業化意義的海上風電場。此后，海上風電進入了商業化開發階段。近幾年世界風電產能每年都在快速增長，2011年共有235臺風電機組在九個風電場實現并網，總容量達866.4MW。我國近海風能資源預計可達7.5億kW，是陸上風能資源3倍，2010年國內第一個海上風電項目——上海東海大橋100MW海上風電示范項目已經建設完成，實現并網發電。根據國家最新的能源規劃，中國海上風電的發展目標為2015年達到5000MW，2020年達到30000MW。目前，中國沿海由北至南已經規劃的海上風電項目總計約24個，總裝機容量超過25000MW，預計到2020年中國有望成為全球海上風電總裝機容量的第一大國。

2 自升式風電安裝船現狀

現有海上風電機組一般由基座、風機塔筒、機艙（含葉片）3個主要部件組成，相對于陸地而言，海上環境惡劣，施工難度大。早期的海上風機安裝大多采用半潛船或起重船實施，但這種施工方式定位能力差、效率低，受風浪干擾特別大。

自升式專用安裝船，通過平臺依靠樁腿的升降，在工作時避免了波浪載荷對平臺穩定性的影響，同時獲得了精確定位和測量觀測控制垂直度的條件。該施工平臺將樁基定位，打樁，風電機組起重安裝功能合為一體，技術先進，效率高。

由于風電機組安裝船在海上風機安裝方面的巨大優勢（見圖1），國內外諸多企業都在投入巨資加快步伐進行著力研究，掌控市場主動權。先后研制并建造了第一代、第二代、第三代自升式風電機組安裝船，并在風電場施工中成功投入使用，為企業帶來巨大的經濟效益。隨著國內造船企業技術工藝水平的不斷提升、設備配套能力不斷完善，越來越多的船東選擇將船舶放在國內建造，國內企業面對巨大機遇和大好前景，同時開始研發并成功設計建造了幾條船舶。目前國內設計建造風電機組安裝船技術日趨成熟。

圖1 海上風電機組安裝船

圖2 潤邦海洋建造的“藍潮1001”在東海一期修理安裝風機

3 自行研制的自升式風電機組安裝船技術方案

3.1 功能定位

1）具備頂升狀態分體安裝（單件安裝、兔耳式安裝和甲板拼三葉后吊裝3種方式）單機6MW風機的能力；

2）具備打樁功能，能打最大重900t單樁；

3）浮態可作起重船用。

3.2 總體描述

該船為箱形，鋼質、單底、單甲板，尾部兩舷設有甲板室，艏部、艉部右舷支腿各設有起重機，帶有4根樁腿及相應的抬升系統，作業時樁腿立于海床上并將船體舉升離開水面，避免風浪對船體作業產生影響。抬升驅動方式為液壓驅動。平臺為非自航，但具備作業現場自動移船及動力定位系統。

3.3 主要尺度（見圖3）

船 長/m 81.6

型 寬/m 40.8

型 深/m 7.2

設 計 吃 水/m 4.7

最大作業水深/m 40

甲板載貨面積/m22000

可 變 載 荷/t 2900

滿載排水量/t 14311

滿 載 吃 水/m 4.9

環 境 溫 度/℃ -20～45

設 計 溫 度/℃ -9.9～45

甲板承重能力/t/m212

自 持 力/d 30

航 區 近海拖航、近海作業

定 員/人 25+50 人

4 主要設備

4.1 抬升系統

該平臺抬升系統為液壓插銷式，由樁腿、插銷及抬升油缸組成，每個樁腿設兩組抬升裝置。每組抬升裝置有1個環梁，在環梁上安裝3個插銷及6個抬升油缸。插銷安裝在環梁上，環梁通過抬升油缸與船體結構相連。當插銷插入樁腿的銷孔后，通過伸縮抬升油缸實現平臺（或樁腿）的升降。當兩組抬升裝置交替工作時，可以實現平臺的爬升。

該液壓抬升系統的樁腿為圓柱形鋼質結構，在樁腿上面，根據升降系統的插銷形式布置有等距的“鵝卵”狀銷孔，樁腿下部設有樁靴。平臺主體通過插銷、銷孔連接在樁腿上。

圖3 自升式風電機組安裝船

4.2 主起重機

該起重機額定起重量為1000t，吊距為25m，布置在船體樁腿中心，為繞樁式全回轉重型起重機；吊高為甲板以上110m。起重機所有的絞車和回轉機構采用電動液壓驅動和控制。起重機采用繞樁形式很大的好處是占用甲板面積小，并且浮態起重時不受樁腿干擾。

對主起重機的要求是能起吊最大900t的單樁和分體式安裝5MW風機。由于分體安裝風機的起重量最大為400t，1000t的起重量完全能滿足這兩方面的需求。另外為了滿足多方面起重需求，還配備了150t的副鉤和兩個10t的索具鉤。

4.3 副起重機

該起重機在平臺頂升狀態下額定起重量為360t，布置在船體樁腿中心，為繞樁式全回轉重型起重機。起重機所有的絞車和回轉機構采用電液驅動和控制。該副起重機的配備是為了滿足平臺上拼裝兔子頭和翻樁的需求。

4.4 主柴油發電機組

為了滿足各種工況下船舶功率的使用，該船配置了4臺1800kW的主柴油發電機。

4.5 推進系統

該船不具備自航能力，但具有輔助推進的功能，可在作業海域不依靠拖輪自行移動。艏艉均配備兩臺全回轉舵槳使平臺具有DP1 動力定位性能，機動性好，窄航道內進退自如。

5 結 語

自升式風電安裝船是海上風電施工的關鍵設備，它能滿足大型風場建設采用分體安裝工藝的需要，以降低安裝作業的條件要求，海域適應性更強。

[1] 張太吉，汪張棠. 一種新船型—海上風電設備安裝船的開發[J]. 船舶，2009, (5).

[2] 莫為澤，馮賓春，鄧 杰. 海上風電機組安裝概述[J]. 水利水電技術，2009, (9).

[3] 張培文. 海上風電場設備吊裝[J]. 上海電力，2007, (20).

[4] 孫東昌，潘 斌. 海洋自升式移動平臺設計與研究[M]. 上海：上海交通大學出版社，2008.