海上風電機組運輸與安裝方式分析

于曉東

中電投電力工程有限公司 上海 200000

我國經濟正處于快速發展階段，對于能源的需求與日俱增，同時又面臨著環境惡化的壓力，因此，發展清潔能源成為了我國發展規劃中的重要方向。我國海域幅員遼闊，可利用的風能資源預計超過7.5億千瓦，可見發展海上風力發電場，必將成為我國未來電力戰略部署與發展的重點。海上風電場的建設過程中，風險最大的當是風機海上運輸和安裝環節，其中影響海上風電機組運輸與安裝因素多種多樣，尤其是選用的船舶、風電機組的運輸方式與安裝方法必須確保足夠的科學性、合理性，否則除了對建設工期與成本造成嚴重影響之外，甚至還可能導致項目的失敗。所以，針對風電機組在海上運輸與安裝方式的研究極為必要。

1 海上風電運輸安裝方式分類

區別于其他海洋工程，海上風電機組的運輸安裝具備重心高、機位多、部件多等特點，所以應就風電機組實際情況，制定出合理可靠、經濟、可執行性較強的運輸安裝方案。運輸安裝采用一條船形式是國外風電場慣用做法是，在國內外均有成功應用的先例。

2 海上風電機組常用運輸及安裝方式研究

2.1 自升式吊船散裝式

自升式吊船配置液壓升降腿柱，可將船體舉升離開水面進而避免風浪影響吊裝施工。船上還設置有全旋轉吊車，加上船甲板面積足夠大可同時容納四到五臺風機，航行的吃水深度為2.5m～5m，適用水深在40m左右，通過對腿柱的加長設計還能適應更深水域。這種安裝方式除了能夠避開了海況影響，而且工期明確，效率較高，無需船隊作業，成本較低。其明顯缺陷是船舶的制造成本較高且需要較大的一次性投資，造船周期需三年左右導致船舶資源極為稀缺，受水深限制而不適合遠距離作業，同時必須提前做地質可行性分析作為前提保障。.綜合考慮其優缺點，優點明顯大于缺點，因此自升式吊船散裝式是目前海上風機安裝普遍應用的方案。

2.2 穩性樁浮吊船散裝式

穩性樁浮吊的甲板面積較小，可運輸兩到三臺風機，配置有四條液壓自力式升降腿但船體不離開水面而是依靠水的浮力進行作業。船體上設置定位樁減小風浪中船體的運動幅度，提升安裝作業效率，加上省去了起拋錨環節大大提升了作業效率。這種安裝方式有效地降低了吊裝作業中海況影響程度，一臺風機安裝用時約3.5天作業效率較高，不需船隊作業且具備自航能力，也是屬于成本較低的作業方案。尤其是船舶資源直接可由運輸船改造而來，改造周期較短，能夠快速滿足資源需求。其缺點是甲板面積較小，需要進行頻繁的重復動復員，不適合遠距離作業且發生較大涌浪時需要停止作業撤離現場，導致作業效率降低且工期無法保障。適用水深通常小于30m，因此該方案一般作為過渡期的選擇方案。

2.3 普通方駁加裝雁帶吊散裝式

現有方駁吃水深度通常約為1.5m，結合海管鋪設的相關經驗，能夠在漁船和線性絞車輔助作業下，行進到高潮水深0.5m以外的任何區域。1000t～7000t不同等級的駁船都能夠使用這種方式，履帶吊的吊高與吊重可以滿足要求即可，因此可選擇當前陸地風電場建設普遍適用的吊車。這種安裝方式較為適用潮間帶的作業，在進行較深水區域的作業時可通過加裝生活集裝箱的方式改善艱苦的條件。而進行灘涂區域作業時則能夠用兩棲車作后勤保障，倒班人員可以宿于陸地。因此這種方案明顯較為適用于在涌浪較小的淺水區域作業，灘涂地的效率則略為稍低。

2.4 普通浮吊船散裝式

在現有的近海海洋工程作業中，極少部分為動力定位式，較為常規的浮吊大部分是錨定位式，然而其具備制造成本過高并且日租金昂貴的缺點。這種方案的操作方式類似于自升式吊船，區別只是在于用拋錨方式代替腿柱支撐式在機位旁的就位作業，因此要求具備自航能力或者需要用到輔助拋錨船。這種方案極易受到海況的影響，在涌浪較大的情況下需要停止作業并撤離現場，作業效率不高且工期無法保障，預裝一臺風機需用時7天不間斷的作業。加上風機部件材質主要是玻璃鋼，極易因碰撞而破碎所以存在較大的安裝風險。需要船隊進行作業，又因為普通浮吊的吊高不足必須使用大型的浮吊船，而這類船舶資源較為稀缺。這種方案的最大優勢在于不受水深限制，而鑒于以上種種原因，尚未出現這種方案的應用先例。

2.5 普通浮吊整體運輸吊裝式

相對于散裝運輸，這種方案受到吊高限制需要采用大型浮吊以達到風機輪轂高度，或者需要用到雙扒桿浮吊。根據浮吊能力，一個航次能夠在甲板上固定兩到三臺風機。對于長距離運輸情況，可以選擇以駁船運輸的方式來提高吊裝效率。其過程中浮吊不需返航，風機整體以滑移的方式裝上駁船進行往返運輸以此提高浮吊作業效率，大大節約了作業成本。

3 中國海上風電的發展優勢

風能是重要的清潔能源，使用風能并不會像使用石油、煤炭等石化材料會出現溫室氣體排放、產生空氣污染等問題；風能還屬于可再生資源，在地球上持續存在，不會像石化能源出現枯竭的問題。因此風能所具有的綠色性是能多傳統能源無法比擬的，對實現可持續發展具有極高的優勢。而海上風電具有更明顯的特殊性，相比傳統能源優勢更加明顯。

區位優勢。海上風能資源具有明顯的區位優勢，能在采集風能的同時，更好地為高電力需求地區供電。目前能源資源富集的地區都比較偏遠，與人口中心地域有比較遠的距離，或者需要長途運輸煤礦等資源，或者需要長途輸電滿足要求。同時，我國西北地區陸上風能儲備較多，但是電力負荷集中在我國東南沿海地區，如果西北地區采用陸上風電模式發電再將電力輸送到東南沿海，還需要繼續進行高壓輸電網建設，而且風電輸送的過程中也會產生大量的能耗。而海上風電技術能夠直接為沿海地區供電，并充分利用海上風電資源。我國東南沿海地區的風電資源儲備量非常高，在渤海、黃海、東海、臺灣海峽都有豐富的風電資源，通過架設海上風電設施，能做到對沿海地區的電力直供。雖然海上風力發電的成本較高，但綜合火電的環境問題，西部對東南沿海的電力長途輸送，海上風力發電具有更高的綜合效益，尤其近海風能資源的潛力巨大，而且具有明顯的優勢。

海上風電相比陸上風電具有明顯的直接優勢，雖然兩種風電模式都存在間歇性、不可控的問題，但是海風相比陸風的持續性更強，所蘊含的能量也更高；在海上建立風電站，也不會占據陸地土地面積，可以減少風電廠建設對公眾的生活造成干擾，也能避免占用土地激化土地不足的矛盾。由于海上風電不會像陸地一樣受到限制，在鋪設電力傳輸網絡時布線也能更加自由，通過科學布線能有效減少輸電線的長度，最大幅度降低線損，優化對能源的利用。同時，海風所產生的潮汐、波浪、鹽梯度、海洋溫度也能帶來其他全新的發電方式，依靠海上風電站能融合全新的綜合發電方式，建立具有更強綜合發電功能的海洋發電基地，充分發掘海洋的能源，提升供電的綜合性和多元化，更有利于減少化石燃料生產所導致的溫室氣體排放問題，保護自然環境和公眾的身體健康，和諧利用自然資源并造就綠色就業機會，進一步減少對化石燃料的進口依賴，維護國家的能源安全。

目前，這種方案在國內已有成功應用的案例，其中包括了中海油渤海風電示范項目，以及東海大橋的100MW海上風電示范項目。兩者僅在運輸上存在一些差別，在安裝方式的選擇與作業方面基本一致。中海油渤海風電示范項目，使用藍疆號進行整體運輸以及進行海上吊裝作業。東海大橋項目，選擇采用駁船進行整體運輸，以雙扒桿浮吊進行整體吊裝作業。

由于這種方案的大部分工作可以在陸地上完成因此成本較低。在海況允許的情況下，海上的安裝作業在1天內即可完成，效率相對較高且基本上擺脫了水深限制。能夠在陸地上進行部分調試是這種方案的最大優勢，其明顯缺點則是要建設專用碼頭對風機進行整體組裝，不但存在選址困難且費用也比較高。天氣變化情況對于運輸及吊裝過程的影響較為敏感，存在較大的安裝風險，尤其是在運輸過程中必須充分做好避風措施。運輸距離控制在20海里范圍內為宜。因為需反復多次動復員到碼頭進行整體吊裝作業，所以小型機組在這種方案下的作業效率較低且成本偏高。但是隨著海上機組大型化發展，該方案在近海風場建設中將占據一席之地。

海上風電工程的施工交通運輸中，最為關鍵的是場外交通和場內交通。場外交通主要包括進場交通、物資設備長途運輸，比如風電場關鍵設備運送到港口、鐵路車站，或者通過水路運輸到港口等區域；除運輸物資設備，還有人員等方面的運輸任務，需要確保人員運輸的安全性和及時性，保證海上風電場的安全、高效建設。場外運輸主要是運輸基礎鋼結構，以及升壓站等相關光結構設備，由于鋼結構設備體積較大，設備質量較高，因此會選擇成本相對更低，并且運載能力更強的水路運輸方式運輸到海上或者施工現場。施工過程中，還需要加強施工現場的內部聯系，保證施工過程中的場內交通連貫性，比如確保風電場施工現場內部的工作區、生產區、生活區之間的交通連接，所以需要在陸上施工中搭建專門的臨時基地，以便能連接陸地到海上的交通路徑，為海上風電場的施工提供補給和運營支持。在設計海上交通方案時，工程師應該結合氣象、水文觀測、航道等因素設計運輸路徑，尤其是對于基礎鋼管樁、升壓平臺鋼結構、風機塔筒、風機葉片等這些設備均屬于超長、超重的大型構件，必須設計最科學的交通運輸方案，保證風電場施工能順利完成。

結束語

綜上所述，在當前電力需求迅猛增長背景下，我國海上風電項目建設呈現出爆發態勢。在這種情況如何有效地運輸海上風電機組并做好安裝就顯得十分重要。有鑒于此，上文在充分結合筆者對相關文獻研究以及自己多年工作實踐情況下主要就海上風電機組運輸與安裝方式展開研究，以供廣大同行參考。