新型海上風電吊裝維護技術分析

任冬華

（上海疇萬工程有限公司，上海201512）

1 傳統海上風電吊裝維護技術分析

1.1 吊裝維護要點

海上風電吊裝維護的難度較高，為保證吊裝維護的順利開展，可從強化問題預防、科學制度運維計劃、強化維護范圍控制、強化事后處理等要點入手。強化問題預防需保證海上風電吊裝維護的定期開展，通過徹底檢查機組設備狀態，調試設備的各項參數，更換或潤滑老化的設備零件，即可真正做到防患于未然；科學的制度運維計劃需要關注海上風電維護周期的劃分，一般以1 年或2 年為周期。在制訂海上風電運維計劃前，各機組運行情況必須由技術人員充分了解，同時還需要關注具體的地理條件、未來可能的天氣狀況、機組運行環境等因素，以此保證維護周期的科學性和穩定性。如經濟條件允許，可安裝監測設備于海上風電機組處，以此實時監測機組部件，海上風電吊裝維護可獲得更多的依據，維護效率提升、突發狀況概率降低也能夠同時實現。此外，嚴重故障的發生可能性也需要在計劃制訂過程中充分考慮，同時，需要充分預估各個部件出現故障的可能性及可能產生的成本，以此加大重點環節監測和運維的投入，相關決策的科學性與合理性也能更好地得到保障；強化維護范圍控制需關注出現故障的海上風電機組設備零件，在開展維護檢修過程中，其他部件的預防性維護檢查也需要同時開展，其他部件是否存在維修和更換的需要能夠由此確定，維護效率的提升可通過這種維修方式實現。海上風電維護工作還需要同時檢查其他關鍵零件，這一方法可有效實現運維成本節約。

考慮到海上風電機組會受到出現故障的關鍵部件影響出現連鎖反應，為保證海上風電機組系統的穩定性，關鍵部件的預防性措施選用必須得到重視。值得注意的是，預防性維護也存在一定的局限，如維修船需要一次攜帶帶來備用零件和維護工具，雖然能夠在長期層面上實現運維成本節約，但企業需要購入更加靈活、更大載重量的船只也會影響初期成本控制；強化事后處理需關注定期規律性維護的利弊，以往事后處理多會在故障發生前不開展某一個區域部件的日常維護處理，而是故障發生后由專業維護人員開展維護，但這種情況可能導致具體的部件故障發生時間無法及時掌握，而由于預期準備工作必須長期做好，且需要儲存對應備件，一定的運營成本會因此浪費。對于不重要的設備，可開展傳統的事后處理，但對于海上風電機組來說，受到暴雨、大浪、颶風等問題的影響，工作人員應關注危險性較高天氣下維護工作無法開展帶來的影響，同時還需要基于終身學習理念不斷強化專業知識學習，以此提升維護的高效性和規范性[1]。

1.2 海上風電運維船

傳統海上風電吊裝維護技術的應用往往需要依托海上風電運維船，海上風電運維船的配置需綜合考慮海上風電的離岸距離、機組故障率、氣象海況、運維經濟性、發電能力、維護行為等因素，對于規模較大的海上風電場，一般采用船隊形式，涉及的船舶形式較為多樣，如救援監護船、專業運維母船、專業運維船、交通艇、專用工程船舶。海上風電維護船作為重要交通運維工具，主要用于海上風電場運行、維護、施工，主要負責儲藏和運輸油品。風機配件、日常供給物品、維修工具，并為海上風電維護、施工人員提供緊急救助及食宿休息等服務。海上風電運維船配置需遵循一定原則，如海上風電場離岸較近且天氣較好，可采用普通運維船。如海上風電場離岸較近但天氣復雜，則需要選擇專業的先進運維船。如海上風電場離岸較遠且天氣較好，可采用運維母船和普通運維船；如海上風電場離岸較遠且天氣較復雜，可采用運維母船和專業運維船。運維船主要參數會受到風況、波高、水深、距離等環境因素影響，由于相較于陸上風電機組，海上風電機組的故障率更高，必須關注海上風電運維船面臨的更高難度維護方式和更加惡劣環境。隨著海上風電的快速發展，向離岸更遠深海轉移的海上風電場建設會導致運維成本不斷提升，更嚴峻的物流挑戰、更惡劣的氣候條件、更遠的運輸距離帶來的影響必須得到重視，因此，必須關注海上風電運維船的升級發展。

2 基于風電設備塔筒結構的吊裝維護技術

2.1 方案及裝備

海上風機大部件吊裝維護一般采用大型安裝船或大型起重船，直升機也可以用于灘涂或近海等地的海上風電吊裝維護。但受到快速發展的風電技術、環境、風能資源減少等因素影響，不斷向大功率、高空間發展的海上風電對海上風機大部件吊裝維護提出了一系列新的挑戰，如高200～300m、10MW的機組對起重安裝船或浮吊的起升高度及噸位要求將更大，更為明顯的工作環境限制也會隨之出現，最終導致海上風電吊裝維護的成本進一步提升。為滿足海上風機大部件吊裝維護需要，本文將圍繞基于風電設備塔筒結構的吊裝維護技術開展研究，這一新型海上風電吊裝維護技術方案及裝備能夠實現對海上風電設備塔筒結構的充分利用，在無須適應大型起重設備的情況下，將塔筒與吊裝維護設備連接固定，海上風機大部件吊裝維護即可通過其自身吊裝設備實現。

基于風電設備塔筒結構的吊裝維護裝備主要由運輸系統、提升系統、吊裝維護設備等組成，即小型運輸船、導軌、支承機架、固定式卷揚機、電氣控制系統、門架、吊鉤組件、起升機構、變幅機構、液壓抱緊裝置、自升卷揚機。

2.2 工作原理

在基于風電設備塔筒結構的吊裝維護技術應用中，需要使用小型運輸船向海上風電塔筒固定樁旁運送吊裝維護設備，在船體錨定后，保持平穩的小型運輸船需基于自身固定的提升系統相軌道所在平面提升吊裝維護設備，以此沿軌道將吊裝維護設備送至塔筒固定樁上表面平臺（塔筒下方平臺）上。在自升卷揚機的支持下，吊裝維護設備可提升至塔筒一定高度，塔筒與吊裝維護設備的固定采用液壓抱緊裝置實現。門式臂架可通過變幅機構實現對風機前部與末端的整個覆蓋，變幅機構設置于吊裝維護設備上，海上風機大部件吊裝維護作業可由此通過使用起升機構完成。

2.3 性能特點

該吊裝維護技術的性能特點包括：

1）以往海上風機大部件僅能通過起重船或大型浮吊進行吊裝作業，施工過程的成本較高，而通過使用基于風電設備塔筒結構的吊裝維護技術，海上風機大部件的吊裝維護得以更為安全、方便、經濟、可靠的開展，海上風機運維成本可由此大幅減少；

2）起重船及大型浮吊無法駛近近海及灘涂等地，使以往風電設備后期吊裝維護往往難以開展，但基于風電設備塔筒結構的吊裝維護技術可解決這類問題；

3）基于風電設備塔筒結構的吊裝維護技術能夠為增速箱、發電機、風葉、輪轂等所有海上風電機組大部件的吊裝維護作業提供服務，具備較高實用性；

4）基于風電設備塔筒結構的吊裝維護設備采用傳統的機構傳動形式及相應結構，具備工作安全可靠、制造運輸成本低、自重輕等特點，并且經濟方面優勢突出；

5）可有效節約海上風電吊裝維護費用，以3.0MW 海上風機機組為例，在大部件吊裝實踐中，大型浮吊每天的租賃費用為150 萬元，1 臺風機機組吊裝耗資在千萬元上下，而通過應用基于風電設備塔筒結構的吊裝維護技術，每天臺班及人工費僅為十幾萬元，一次風電機組的大部件吊裝作業也僅需要耗資幾十萬元，海上風電吊裝維護成本因此大幅降低。

3 結語

綜上所述，新型海上風電吊裝維護技術具備較高推廣價值。在此基礎上，本文圍繞基于風電設備塔筒結構的吊裝維護技術開展的探討，直觀展示了該新型海上風電吊裝維護技術的優勢和應用價值。為更好地服務于海上風電吊裝維護，如何進一步提升該技術的安全可靠性、經濟性等優勢必須得到重點關注。