海上風力發電機組安裝技術

曹國東 趙耀煌 路廣亮

摘要：近年來，中國海上風電取得突破進展，有預測顯示，2018-2027年的海上風電裝機市場可觀。全球海上風電裝機預計從2018年的4.5 GW上升到2027年的11.3 GW。如何提高海上風力發電機組的安裝效率對降低海上風電機組的安裝成本異常重要，為便于研究，我們對國內外8家知名風機供應商提供的14臺單機容量5MW及以上的抗臺風型海上大容量風電機組的安裝進行了研究分析，涉及不同機型機組機艙與輪轂、不同型葉輪與輪轂整體吊裝、單葉片吊裝等技術路線、安裝方式等，為海上大容量風電機組的安裝提供了成功的探索。

關鍵詞：海上;風力發電;機組安裝;技術研究

1. 海上風電與陸上風電的對比及其技術難點

1.1海上風電與陸上風電的對比

與陸上風力發電相比，海上風電除在解決占地和環保方面具有明顯優勢外，還存在以下明顯的技術優勢：海上風速隨高度的變化小，因而塔架可以較低海上風湍流強度小，具有穩定的主導風向，機組承受的疲勞負荷較低，使得風機壽命更長，相同條件下，一般在陸地上設計使用壽命為年的發電機組在海上可以延長到一年海上風況優于陸地，當風流過粗糙的地表或障礙物時，風速的大小和方向都會發生較大的變化，而海面則粗糙度小，不會產生類似情況離岸的海上風速通常比沿岸陸上高約，使用同樣的風力發電機組，年發電量有同等比例的增加因不受噪聲限制，可采用比較高葉尖速比，使機組轉速適當提高一，增加發電量，降低轉矩、減少傳動系統的重量和成本海上風力發電可以和其他形式的海洋能源形式波浪能、海流能、溫差能、鹽差能等結合起來，可以在深海建立一個大型離岸能源中心，使為人類開發深海資源提供直接能源支持成為可能。

1.2海上風電的技術難點

與陸上風電相比，海上風電也存在以下技術難點海上風電機組的單機容量更大，對制造工藝和技術設計的標準更高海上風電場要面對風和波浪的雙重負荷的考驗，對風電機組支撐結構包括塔架、基礎和連接等要求很高海上氣候環境惡劣，鹽霧、夭氣、海浪、潮汛等因素復雜多變，對風電機組防腐性能等級要求更為嚴格，同時，風電機組的吊裝、項目建設施工及運行難度更大由于海上風力資源多分布在一海岸內，這些區域水深多超過，按照目前近海風電場普遍采用各種貫穿樁結構如重力基礎、單樁基礎或多腳架基礎固定在海底的做法，建場成本昂貴是目前存在的重要問題。

2. 項目簡介

該項目位于福建省福清市江陰半島東南側和牛頭尾西北側，位于興化灣北部，場址涉及福清市的三山鎮和沙埔鎮。該區各機位平均水深5.5m，面積約23.6 。

3. 風電機組安裝技術

3.1吊裝設備

風場所在地區的氣候和地理環境較為特殊，夏天受臺風影響較大，秋冬受季風影響，實際可作業天數有限，且該試驗風場風電機組種類較多，施工工藝差異較大，工程施工期應盡量避開臺風季及季風季節，需選用安全可靠的施工機械，在確保安裝質量及安全的情況下，快速完成吊裝工作。機組的主吊機吊機械選用 1000 t 自升式風電安裝船進行風機分體安裝。

3.2安裝準備

測量。安裝船通過 GPS 進行定位，DP動力定位進點，通過搭接已建陸上基站，確保安裝船進點距離準確。

技術方案。根據提供的設計圖紙，立即組織有 關人員進行圖紙復核; 風機供應廠商提供的風機安裝作業指導書; 充分研究現有資料，編排施工技術方案和實施計劃，及時向施工技術人員進行安全技術質量交 底; 及時做好在該風場內預定位置的插拔腿計算分析， 確保平臺船插拔腿安全可控。

物資準備。根據風機安裝作業指導書提供的物料清單，編排各種物資、工裝、工索具的需求計劃，落實貨源，安排儲備供給，以滿足施工的要求。

3.3下塔筒安裝

①基礎環檢查。首先應對基礎環法蘭面的水平度再次進行復查，法蘭水平度達到設計要求方可準予吊裝，其次檢查基礎環法蘭橢圓度，以免影響與下塔筒的對接;檢查法蘭表面是否有嚴重的劃痕，過渡段內設備、附件安裝到位。

②塔筒檢查。在塔筒起吊前，需檢查并修復塔筒在運輸中的損傷，檢查法蘭面的損傷及圓度以及檢查塔筒內外表面的損傷，對損傷部位用塔筒廠家提供的專門用于修復表面油漆損傷的油漆進行修補。

③吊具檢查。塔筒吊具安裝前，需確定所使用的吊具、吊帶是否滿足要求，檢查吊具掛設是否正確。

④塔筒吊裝。下段塔筒豎直運輸，直接吊裝。由主起重機將下塔筒吊起，移動下塔筒至樁頂上方150mm處。調整下塔筒安裝方位，確保塔架門的朝向正確，然后緩慢下落就位。利用引導銷使法蘭螺孔對位，安裝預先放置好的螺栓、墊片和螺母，按標準要求緊固高強度螺栓。

3.4中段塔筒安裝

①塔筒檢查，對損傷部位進行修復。

②主輔吊機就位，按設備廠家要求掛好吊具，系好安全風繩。

③主輔吊車同時啟動，緩緩起升吊鉤，將中塔筒吊起離甲板面約50～100mm，卸下運輸支架。

④主副吊配合將中塔筒吊起，2臺吊機同時抬吊，主吊抬高，副吊緩慢抬升并向主吊方向靠近，直到中塔筒呈垂直狀態，完成塔筒翻身，松開副吊上的吊帶，主吊緩慢下降至距離運輸船甲板300mm處，將吊具移去。主吊繼續提升吊鉤，將中塔筒吊至下塔筒上方約150mm處。利用塔筒內爬梯作為參照，確保塔筒安裝方位正確。利用引導銷使法蘭螺孔對位，安裝預先放置好的螺栓、墊片和螺母，按標準要求緊固高強度螺栓。

3.5上塔筒安裝

按照中塔筒的安裝要求完成上塔筒的起吊和安裝。

3.6增速型機組機艙和輪轂安裝

①吊裝準備。將機艙與頂段塔筒連接螺栓提前放置于頂段塔筒上平臺內。機艙起吊前需完成機艙頂部風速風向儀、航空警示燈等附件安裝及電纜敷設工作。

②機艙吊裝。機艙和輪轂已經在場地內完成預組裝。安裝機艙和輪轂起吊專用吊具，并將1000t吊車上的穩貨鉤掛設與吊具兩側。吊索連接完成后，檢查連接正確性，在現場起重指揮下，緩慢提升起重機吊鉤，吊起機艙至上塔筒上法蘭上方，機艙頭部和尾部各拉1根纜風繩調整機艙方向，保持機艙偏航法蘭面水平，利用引導銷使法蘭孔對中。當兩法蘭面接觸后，裝上螺栓。按標準規定的順序和力矩進行螺栓緊固。

3.7增速型機組葉片安裝

①主副吊配合將葉片逐一從運輸船上抬吊至“福船三峽”甲板的葉片支撐梁上。

②主吊機掛設葉片專用吊具、系掛攬風繩。將葉片緩緩吊起，拆除葉片支架。葉片呈水平狀態慢慢吊于輪轂葉根軸承法蘭接口處。通過安裝調試電源盒對輪轂軸承進行變槳微調，所有螺栓順利穿入變槳軸承孔內，帶上螺母，按要求緊固螺栓。采用同樣的方式，安裝其他2片葉片，至此風機主體拼裝完成。

葉片的吊裝模式有整體吊裝模式和單葉片吊裝模式。整體吊裝模式下，葉片與輪轂組拼后尺寸大，存在一定的吊裝難度，信號指揮與吊機司機的配合非常關鍵 環境適應性稍差，要求在風浪條件較好時才能吊裝，對施工窗口期要求高 可在陸上進行組裝，一次吊裝就位，減少海上作業時間。單葉片吊裝模式。機艙與輪轂需先行組拼成組合體， 機艙吊裝前先在機艙頂平臺安裝一個盤車工裝。風機 葉片吊裝采用平插式，每裝完一支葉片，機組盤車至下 ?一葉片安裝位置，安裝相對比較順利。單葉片吊裝在 風機安裝窗口期的選擇上更為靈活 ? 單葉片吊裝方式吊裝次數為 3 次，海上作業時間相對較長。

該海上風場風機吊裝既有葉輪整體吊裝方式，也有單葉片吊裝方式。在近海海域對多種吊裝工藝進行嘗試，可為后續深遠海海上風電資源開發積累經驗。隨著海上風電開發逐步向深遠海開發建設發展，海上風電機組安裝面臨巨大挑戰。葉片整體或單體吊裝各有優缺點，整體吊裝方式在風浪條件較好的海域更適合，單體吊裝方式對外圍風浪環境要求更低。風機吊裝時，應充分研判施工海域風浪條件，根據機組型式，采取合理高效的吊裝方式。

結 語：

隨著風電產業的不斷發展，海上風力發電機組作為未來發展的主要方向正在被越來越多的風電企業設計和研發出來。但應該注意的是，海上風力發電機組的設計和海上風場的建設尚在起步階段，加之，海上風電與陸上風電在技術上存在很大的差異，造成海上風電能夠借鑒的經驗很少，甚至在某些關鍵技術設計方面尚無可借鑒的經驗。因此，對于正在研發或者已經研發出海上風力發電機的企業，更應該謹慎細微，應做好充分的前期準備，任何一個環節都應多方面，多角度反復考慮和推敲只有這樣才能保證在進人海上風電產業以后能夠持續穩定健康的發展。

參考文獻：

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