浮式風機干拖運輸技術研究

劉揚 閔燁 李亞杰 王文娟

摘要：本文以某工程實例為基礎，對浮式風機的海上運輸方式進行了介紹，并著重針對浮式風機的干拖運輸方式進行了運輸船的穩性校核與運動數值分析，通過穩性校核分析，驗證了運輸船具有足夠的穩性運輸浮式風機。通過對不同海況的運動響應分析，可以為浮式風機與運輸船之間的綁扎固定設計提供有效依據。

關鍵詞：浮式風機;干拖運輸;穩性校核;運動分析

中圖分類號：U693文獻標識碼：A文章編號：1006—7973（2022）04-0122-03

改革開放以來，隨著我國經濟社會的高速發展，能源消費需求越來越大，但由于傳統的能源布局、結構不科學、不合理，制約了經濟社會的進一步發展。目前風電已成為我國除火電和水電外的第三大能源，研究認為，未來能源結構調整主要應靠風電，在陸上風電開發進入成熟期之后，未來海上風電發展空間十分廣闊。

現階段，海上風電機組主要是通過單樁或者導管架式等結構固定在海床上，基礎固定式機組的最大缺陷在于只能應用于水深不超過60m的近岸淺海海域，而當水深大于60m時，固定式支撐結構的成本急劇增加，而漂浮式海上風電機組將比固定式海上風機更具有工程經濟性[1-2]，漂浮式風機受海床地質條件限制小，選址靈活，且深遠海風能資源豐富，風況穩定，可岸上組裝，減少施工時間和成本等優勢，使得深遠海域的風能資源開發成為了可能。因此，浮式風電機組已成為深遠海海上風場建設的必然選擇，從而使得漂浮式風電機組的海上運輸方式備受關注，本文以某工程實例為基礎，介紹了漂浮式風電機組的海上運輸方式，并針對浮式風機的干拖運輸進行了數值模擬研究。

1拖航方式

針對漂浮式風電機組的整體拖航，一般有干拖和濕拖兩種方式。干拖航行速度較快，但需要考慮因素較多，如運輸船的選擇，運輸貨物的海上環境承受力以及結構強度和結構疲勞等。針對較遠距離的運輸，一般采用干拖方式。濕拖相對速度較慢，如果安裝海域距離建造場地較近時則考慮濕拖。濕拖需要考慮風浪流環境力的影響。

1.1濕拖運輸

當海洋工程結構物的建造地點與海上安裝地點距離較近時，一般采用濕拖。濕拖時一般需要幾艘拖輪進行掩護和拖拉，濕拖速度較慢，所以，在深遠海項目里，應盡量避免較長距離的濕拖。

1.2干拖運輸

在進行浮式風機干拖運輸時，首先要進行運輸船舶的選擇，根據以往項目案例，大件干拖運輸多采用半潛船作為運輸船，一般半潛船都自帶動力。如果沒有半潛船也可以選擇無動力的駁船，通過拖輪牽引前行。半潛船需具有承載大型結構物的能力以及自潛裝卸的能力，并可以自主控制航行方向，因此干拖運輸一般采用半潛船作為運輸船舶。

2干拖運輸穩性及運動分析

本節以某工程實例為基礎，針對某一浮式風機基礎干拖運輸進行了穩性校核及運動性能研究。

浮式風機基礎運輸布置圖如圖3所示。

浮式風機基礎干拖運輸主要參數如表1所示。

在浮式風機干拖運輸過程中，運輸船狀態如下：

船首吃水：7.59 m

船中平均吃水：8.01 m

縱傾：0.22°

2.1穩性校核

浮式風機采用干拖方式進行運輸時，根據DNVGL- ST-N001規范的11.10.2節，11.10.3節以及11.10.4節中對完整和破艙穩性校核的規定，對本次分析中的運輸船舶進行了完整和破艙穩性校核。

根據現有規范要求，浮體搖擺角度和力矩關系如圖5所示。穩性范圍消失角大于36度，回復力臂與風傾力臂的比值大于1.40。

完整穩性

·運輸船艏吃水7.59m

·縱傾角0.22degrees

·穩性消失角73.07deg>36.00deg

·回復力臂與風傾力臂比值7.74>1.40

完整穩性滿足穩性要求。

破艙穩性

為了保證拖航安全，除了校核完整穩性，還需要對運輸船進行破艙穩性校核，數值模擬了所有艙的破艙穩性校核，這里只列出了最危險工況的破艙情況。

WB0406破艙穩性結果如下：

·運輸船艏吃水7.66m

·縱傾角0.27degrees

·橫搖角-1.97degree

·穩性消失角69.68deg>36.00deg

·回復力臂與風傾力臂比值27.00>1.40

破艙穩性滿足穩性要求。

2.2運動響應

浮式風機在拖航運輸時，不僅要考慮運輸船穩性，還需考慮運輸船的運動。在浮式風機的拖航路徑中十年一遇的極限波高為6.2m，根據DNVGL-ST-N001規范[3]的11.8.5節中對波高選取的定義，本次運輸船運動分析中考慮的海況如下：

0&180deg：Hs=6.2m，Tp=8.98s～13.64s

45&135&225&315deg：Hs=5.58m，Tp=8.52s～12.94s

90&270deg：Hs=3.72m，Tp=7.86s～10.56s

Wave Spectrum：ISSC

Wind Speed：25m/s

利用三維勢流理論進行了運輸船的水動力分析，運輸船在設計條件下的最大橫搖是11.31度，如表4所示。

由于運輸船運動，將在浮式風機上產生慣性力，慣性力將轉換為加速度，用于綁扎固定設計。

3結論

本文針對某一工程實例，對浮式風機的干拖運輸進行了完整和破艙穩性校核，校核結果顯示該運輸船有足夠的穩性對浮式風機進行干拖運輸。同時針對拖航路徑的不同海況對其進行了運動分析，運動分析的結果可以用于運輸綁扎固定的設計，從而保證干拖運輸的安全性。

參考文獻：

[1]HENDERSON A R，WITCHER D. Floating offshore wind energy—a review of the current status and an assessment of the prospects [J]. Wind Engineering，2010，34（1）：1—16.

[2]陳嘉豪，斐愛國，馬兆榮，龐程燕，海上漂浮式風機關鍵技術研究進展，南方能源建設，2020，7 （1）.

[3]DNVGL—ST—N001，Noble Denton Marine Services，Edition 2020.