海上風電出運碼頭工程總體設計

戴志峰，韋海琳，徐　戎

（中交第三航務工程局有限公司寧波分公司，浙江　寧波　315200）

海上風電出運碼頭工程總體設計

戴志峰，韋海琳，徐戎

（中交第三航務工程局有限公司寧波分公司，浙江寧波315200）

風電基地需實現陸域場地拼裝、出運風機部件和碼頭前沿吊裝風機整機這一整套復雜工藝流程，拼裝工藝和碼頭平面的選擇布置是工程設計的關鍵點。通過合理布置海上風電出運碼頭平面，選擇適宜當地條件的拼裝工藝，有效提升了拼裝工效，為風電場的按期投運提供保障。

海上風電；拼裝出運工藝；碼頭平面

根據國家發展改革委員會《可再生能源中長期發展規劃》，到2020年，將力爭使可再生能源發電裝機在總裝機容量的比例達到30%以上，其中風電達到3萬MW。目前最新的能源政策是加快風電等清潔高效能源的建設，預計2020年風電總裝機將達到10萬～12萬MW。將重點建設六省區七大千萬級風電基地，包括甘肅、內蒙古、新疆、吉林、河北和江蘇等。

在未來中國風電的大發展中，海上風電會占據相當大的份額。自上海東海風電一期開始，海上風力發電項目已逐步在沿海各省市籌建或展開，特別是江浙滬三省市，由于較好的風力資源和其他綜合有利條件，發展迅猛。

1　工程概況

為滿足東海風電二期、臨港海上風場的工程需要，推進海上風電場建設，占領江浙滬周邊海上風電市場，中交三航局在浙江舟山建設海上風機安裝綜合基地。

1.1項目選址

項目場址在浙江省舟山市岱山本島西南臨港經濟開發工業園區，距高亭鎮約6 km，海運條件十分便捷，基地位于上海洋山港與寧波舟山港的中心，岱山本島周邊規劃的海上風場較多，地理位置優越，附近風浪和潮流較小，船舶錨泊和避風條件良好。

1.2基地建設規模

按照本項目的拼裝工藝和吞吐量預測分析，考慮以目前比較成熟的3.6 MW風機和即將投入生產的6.0 MW風機為基礎進行碼頭建設，計劃完成年拼裝風機裝機容量50萬kW，按5 MW風機計算，可完成年拼裝風機設備100臺[1]。

2　風機拼裝出運工藝

2.1風機部件進場

風機部件運輸主要有陸運和海運兩種，由于風機葉片（長度約55～80 m）和塔筒（各風區長度差別較大）一般為超長型部件，公路運輸受限較多，因此風機部件運輸以海運為主。

機艙、塔筒和葉片等風機主部件由碼頭前沿主吊機卸船，利用移動臺車運輸至后方陸域場地，在場地內通過500 t或350 t履帶吊卸車至指定堆場存放。塔架內部電氣設備由小型起重設備卸船，利用叉車或平板車運輸至倉庫堆存。

2.2拼裝出運

陸域單件組裝主要包括塔筒和機艙內部電氣設備、照明系統的安裝，機艙和輪轂的對接組合，葉片和輪轂的組裝。風機單件組裝完成后，通過陸域大型履帶吊吊運至移動臺車，運輸到碼頭前沿主吊機工作范圍，在碼頭上進行風機部件拼裝。

海上風機部件拼裝方案有兩種：一是采用“海燕式”拼裝出運工藝，即機艙、輪轂和2葉片的安裝先在陸域場地地面完成裝配，形成“海燕式”，第3片葉片由風機專用運輸船舶的“機械手”垂直安裝完成。二是采用“工裝塔筒”拼裝出運工藝，即在碼頭前沿豎立一座工裝塔筒，首先將機艙和葉輪組（葉片、輪轂組合件）在工裝塔筒上進行組拼，然后由主吊整體吊裝到風機專用運輸船舶之上。

2.3拼裝出運方案比選

“工裝塔筒”拼裝工藝已成功應用于上海東海大橋海上風電示范項目的建設，工藝成熟，已積累了豐富的施工經驗，與“海燕式”相比，“工裝塔筒”拼裝工藝吊次較多，效率低。因此本項目兩種工藝方案全都采用，1號泊位采用“海燕式”拼裝工藝，2號泊位采用“工裝塔筒”拼裝工藝。

2.4碼頭前沿主吊機選型

本工程6 MW海燕型機艙葉輪組在陸域組拼后，吊運至運輸駁船塔筒上為“最高一吊”，吊鉤到碼頭面的垂直距離即為吊高H，它由三部分組成：駁船面離碼頭面的高差H1，駁船上的塔筒高度H2，吊鉤到機艙底面的高度H3，見圖1。

經計算，本工程6 MW風機的出運吊高應≥114 m。

圖1　吊高示意圖Fig.1　Schematic diagram of sling height

海燕型機艙葉輪組（機艙+輪轂+2片葉片）：411 t，為“最重一吊”。

通過以上分析計算，對碼頭前沿主吊機選用固定吊和履帶吊的優缺點對比，見表1。

表1　固定吊和履帶吊優缺點對比Table 1　Comparisons of advantages and disadvantages between a fixed crane and a crawling crane

從工效及使用便捷性考慮，碼頭前沿主吊機應選用固定吊，因為固定吊對風速的適應性強，無需考慮超起配重，使用方便，操作便利；而履帶吊設備來源多，選擇面廣，但平臺尺寸相對較大，造價較固定吊平臺略高，因履帶吊使用了超起配重，操作及效率上不及固定吊。

綜上所述，1號泊位采用“海燕式”拼裝工藝，主吊機選用500 t固定吊，2號泊位（3.6 MW風機出運泊位）的吊重較輕，主吊機選用320 t固定吊。

3　碼頭總體布置

3.1泊位數量的確定

3.1.1工效分析

根據風機拼裝施工工藝流程，結合相關工程成功施工經驗，以碼頭主吊機的吊裝作業主線為主要因素確定風機拼裝施工關鍵路線。

6 MW風機“海燕式”拼裝工藝為：下塔筒安裝→上部吊架安裝→中部塔筒安裝→平衡梁及主吊鋼繩安裝→上部塔筒安裝→“海燕式”機艙安裝→第3片葉片安裝→檢查驗收→盤車、偏航調整風機姿態。

1臺風機拼裝主線作業耗時約39 h，以單艘風機專用工程駁單個航次為1個施工周期分析，另外計入海上運輸來的風機主要部件卸貨進入基地后方堆場的作業時間，合計1艘風機專用運輸船舶上2臺風機拼裝作業工序耗時108 h，即9個有效工作日。

3.6MW風機 “工裝塔筒式”拼裝工藝為：下塔筒安裝→上部吊架安裝→中部塔筒安裝→平衡梁及主吊鋼繩安裝→上部塔筒安裝→機艙安裝至工裝塔筒→機艙+葉輪組安裝→檢查驗收→盤車、偏航調整風機姿態。

1臺風機拼裝主線作業耗時約為27 h，合計1艘風機專用運輸船舶上2臺風機拼裝作業工序耗時72 h，即6個有效工作日。

3.1.2年有效作業天數

根據本地區自然條件、起重設備安裝作業規范和風機廠家作業指導書等，經分析比較確定岱山基地風機拼裝施工年平均有效工作日為225 d。

3.1.3泊位數

根據目標風電場裝機總容量、單機容量及風電機組臺數確定碼頭年拼裝量，結合工效分析，單個6 MW風機拼裝泊位可完成50臺/a，單個3.6 MW風機拼裝泊位可完成73臺/a。岱山基地規劃布置2條風機拼裝線，共計2個拼裝出運泊位，見圖2。

圖2　岱山風電基地碼頭布置圖Fig.2　Layout of the wharf in Daishan wind power base

為滿足風電機組零部件、施工安裝設備、專用工具、海上風電機組基礎施工材料等運輸，減小零部件上岸與拼裝出運干擾，在拼裝泊位附近另設置一個輔助泊位，年吞吐量約為30萬t。

3.2碼頭泊位長度確定

根據規范要求滿足設計船型安全靠離泊和系纜要求，按設計船型大小確定富裕長度d，需按照工藝要求進行移船作業和安裝調試。

本工程設計船型采用“工程駁-601船[2]”，專門負責海上大型風電機組的整機運輸安裝，該船總長96 m，型寬40 m，型深5.6 m，吃水3.5 m。該船安裝有工藝法蘭對風電機組在駁船上安裝固定，在駁船上每個風電機組安裝位置兩側配置有50 m高的穩定支架，機組塔筒安裝后，可與專門的平衡梁等裝置連接固定，保證運輸過程中的穩定行駛。該船上穩定支架間距50 m，結合主吊機吊距35 m要求，確定駁船移船作業富裕長度25 m，計算泊位總長度373 m，包括6 MW、3.6 MW風機拼裝泊位各1個和2 000噸級輔助泊位1個。

3.3碼頭前沿水深

碼頭前沿設計水深D按規范[3]設計，經計算，風機拼裝出運泊位D=4.40 m；輔助泊位D= 5.90 m。

3.4碼頭面高程

碼頭面高程根據規范要求，按上水標準和受力標準雙控，其上水標準計算E=3.14～3.64 m （85國家高程，下同），受力標準計算E=4.24～5.24 m。由于本工程設計船型均為駁船，干舷低，一般約1～2 m，為方便多臺設備聯合作業，便于操作指揮人員觀察，碼頭面高程宜低不宜高，并且適當考慮碼頭上部結構承受一定的波浪，也有利于工程造價的降低。

此外行走于引橋上的移動臺車對坡度要求較高，坡度不大于1%，碼頭面高程過高會影響移動臺車的正常行走，也會提高陸域回填高度，增加工程造價，因此碼頭面高程綜合考慮，確定為4.00 m。

3.5陸域場地布置

工程后方陸域主要包括海上風電機組拼裝場地、風機設備與材料倉庫、堆存場等區域，拼裝場地、倉庫和堆存場以移動臺車軌道為中心，方便風機運輸，提高效率，減小工程投資和運營期維護成本。

岱山風電基地陸域布置詳見圖3。

圖3　岱山風電基地陸域布置圖Fig.3　Layout of the land area of the wharf in Daishan wind power base

主要布置原則如下：

1） 葉輪組合場地以葉片長度為半徑，占地大，吊運過程中影響廣，應盡量靠近海側布置。

2）機艙自身重量大，堆放區均載60 kN/m2，應遠離海側海堤，并盡量靠近移動臺車軌道，方便運輸，保證結構安全。

3）葉片和輪轂堆放區靠近葉輪組合場地布置，縮短吊運距離，其中輪轂較小較輕，堆放區可適當調整。

4）塔筒段重量較大，也應遠離海堤，靠近移動臺車，較機艙相比，可以布置在機艙海側。

5）材料倉庫主要存放機電設備及專用工具，內設15 t行車，5 t叉車輔助作業，平面上可按需布置，綜合考慮。

4　注意事項

1）設備防風設施：500 t固定吊機身離碼頭面高度在23.5～37.5 m之間，吊臂豎直時離碼頭面可達130 m以上，在離吊機中心約78 m水平位置處設置防臺擱置架，當大風期時將吊臂水平擱置在擱置架上。而履帶吊操作室緊貼碼頭面（高度小于8 m）受風影響較小，遇大風時，可將臂架趴下，水平擱置在碼頭面上；長期不用時，可拆卸成零部件運回后方陸域保管。

若采用工裝塔筒，遇大風時需將塔筒拆成數段以縮短豎直高度，減小大風的影響，也可通過在塔筒頂拉防風拉索等工程措施減小振動（減小風振系數）來防突風影響。

2）根據風電場組織設計，若導管架和海上升壓站需在碼頭上安裝制作，將對碼頭平面布置產生重大影響，其鋼結構零部件的吊裝需要大型汽車吊或者碼頭主吊機配合，4 000噸級以上起重船整體起吊外運，碼頭平面尺度和設計荷載將大大增加，一般建議大型鋼構在船塢制安、出運。

5　結語

岱山風電基地已投產運營，圓滿完成了東海風電二期項目的拼裝任務。碼頭總體布置滿足工藝拼裝出運要求，各工序相互干擾小，工作效率高，充分體現了先進、高效、節能和經濟的設計理念。

[1]史建成.中交三航局舟山海洋工程有限公司海上風機安裝綜合基地項目初步設計[R].寧波：中交上海港灣工程設計研究院有限公司，2013.

SHI Jian-cheng.Preliminary design of the offshore wind turbine installation integrated base project by Zhoushan Ocean Engineering Co.,Ltd.of CCCC third Harbor Engineering Co.,Ltd.[R].Ningbo: CCCC Shanghai Harbor Engineering Design&Research Institute Co.,Ltd.,2013.

[2]船舶性能手冊（船舶分冊）[M].上海：中交第三航務工程局有限公司，2011.

Manual of ship performance(Volume for Ship)[M].Shanghai:CCCC third Harbor Engineering Co.,Ltd.,2011.

[3]JTS 165—2013，海港總體設計規范[S]. JTS 165—2013,Overall design code for sea ports[S].

Overall design of a wharf for shipment of offshore wind turbine

DAI Zhi-feng,WEI Hai-lin,XU Rong
（Ningbo Branch of CCCC Third Harbor Engineering Co.,Ltd.,Ningbo,Zhejiang 315200,China）

A wind power base needs to implement a set of complex process including land site assembly,shipment of turbine components and lifting the whole turbine alongside a wharf,and the assembling process and the layout of the wharf are the key points in the engineering design.A rational layout plan of the wharf for the shipment of offshore wind turbine and an assembling process suitable for the local conditions can enhance the assembly efficiency,and provide a guarantee for the wind farm to be put into operation on time.

offshore wind power;assembling and shipment process;overall design of wharf

U656.1；U652.7

A

2095-7874（2016）05-0039-05

10.7640/zggwjs201605010

2015-12-25

2016-02-24

戴志峰（1982— ），男，江蘇通州人，工程師，從事碼頭水工設計工作。

E-mail：153477949@qq.com