淺談一種潮間帶海上風(fēng)機(jī)大部件施工方法

吉鵬程　謝閩　唐勇　張斌

摘要：本文淺析了目前潮間帶海上風(fēng)機(jī)大部件更換目前的現(xiàn)況和存在困難，提出了一種解決方案，并通過(guò)工程實(shí)例加以論證可行性。

關(guān)鍵詞：海上風(fēng)電，潮間帶，大部件更換，施工方案

1 國(guó)內(nèi)海上風(fēng)電發(fā)展情況

隨著“十三五”期間將國(guó)家大力推進(jìn)海上風(fēng)電建設(shè)，到2020年江蘇、福建、廣東、浙江省海上風(fēng)電開(kāi)工建設(shè)規(guī)模均達(dá)到百萬(wàn)KW級(jí);到2020年，全國(guó)海上風(fēng)電開(kāi)工建設(shè)規(guī)模達(dá)到1000萬(wàn)KW，力爭(zhēng)累計(jì)并網(wǎng)容量達(dá)到500萬(wàn)KW以上。因此，在政策、地理環(huán)境、市場(chǎng)需求的有利條件下，國(guó)內(nèi)的海上風(fēng)電正在蓬勃發(fā)展。

2 國(guó)內(nèi)海上風(fēng)機(jī)大部件更換的現(xiàn)況

2.1 國(guó)內(nèi)現(xiàn)況

目前海上發(fā)生大部件更換的風(fēng)機(jī)多為早期風(fēng)場(chǎng)的風(fēng)機(jī)，部分風(fēng)場(chǎng)為試驗(yàn)風(fēng)場(chǎng)或風(fēng)場(chǎng)內(nèi)存在部分試驗(yàn)風(fēng)機(jī)，早期海上風(fēng)機(jī)在前期設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行管理等多個(gè)方面存在一定程度的缺陷和不足，因此風(fēng)機(jī)整體穩(wěn)定性不夠理想，機(jī)組的長(zhǎng)期運(yùn)行容易引發(fā)風(fēng)機(jī)大部件故障。

隨著國(guó)內(nèi)政策鼓勵(lì)、地方政府的扶持，海上風(fēng)電開(kāi)始井噴式地發(fā)展，海上裝機(jī)容量急速增加，全面進(jìn)入“搶裝潮”。在此期間，由于訂單量急劇上升，部分零部件供應(yīng)商的產(chǎn)品可靠性有所降低，這也導(dǎo)致部分已建成風(fēng)場(chǎng)的風(fēng)機(jī)出現(xiàn)批量大部件更換情況，給建設(shè)單位帶了許多不必要的發(fā)電量損失。

截止2020年9月，根據(jù)我司近三年來(lái)海上風(fēng)機(jī)大部件更換數(shù)量統(tǒng)計(jì)，2018年更換量為35臺(tái)，2019年為24臺(tái)，2020年為22臺(tái)，預(yù)計(jì)2020年底更換數(shù)量達(dá)30臺(tái)以上，總體呈上升趨勢(shì)。

這其中，潮間帶海上風(fēng)電場(chǎng)由于建設(shè)較早，風(fēng)機(jī)多數(shù)已運(yùn)行數(shù)年，部分風(fēng)機(jī)已出質(zhì)保期，更換大部件的風(fēng)機(jī)數(shù)量占到總數(shù)的一半以上。

2.2 潮間帶海上風(fēng)電場(chǎng)特點(diǎn)

潮間帶海上風(fēng)電場(chǎng)施工特點(diǎn)是通達(dá)性差，施工時(shí)間受潮汐影響較大，沖刷嚴(yán)重，加之風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)泥沙不斷淤積，使得原本風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)的泥面不斷增高，部分風(fēng)機(jī)泥面標(biāo)高可達(dá)1米以上，使得對(duì)施工船舶的船型、吃水提出了更高的要求。

此外，由于海上風(fēng)電“搶裝潮”影響，船機(jī)資源緊張，時(shí)常出現(xiàn)由于風(fēng)機(jī)大部件故障，沒(méi)有合適的施工船進(jìn)場(chǎng)更換導(dǎo)致風(fēng)機(jī)停機(jī)數(shù)月的尷尬現(xiàn)狀。

我司自2010年成立以來(lái)一直致力于海上風(fēng)電建設(shè)與維護(hù)，十年間進(jìn)行50余臺(tái)海上風(fēng)機(jī)大部件更換，積累了許多寶貴經(jīng)驗(yàn)，在當(dāng)下船機(jī)資源緊缺的階段，提出一種潮間帶海上風(fēng)機(jī)大部件施工方案，一定程度上有利于緩解目前潮間帶風(fēng)場(chǎng)風(fēng)機(jī)不能及時(shí)大部件更換的壓力。

3. 施工方案

3.1 船機(jī)選擇

本方案主要應(yīng)用于海上潮間帶風(fēng)電項(xiàng)目，適用于不需要摘風(fēng)機(jī)葉輪即可更換的大部件，如：齒輪箱、葉片（單葉片更換）、發(fā)電機(jī)等等。選用船舶市場(chǎng)上相對(duì)較多甲板貨船作為施工船舶，甲板貨船要求是船底為雙層底，具有坐灘能力及半個(gè)月以上的坐灘實(shí)例，甲板貨船要求長(zhǎng)度80米以上，寬度18米以上，吃水2米左右，甲板強(qiáng)度15T/M2以上。由于一般甲板貨船不配備定位錨，故需在船上加裝4個(gè)定位錨用于拋錨定位，保證船舶的精確定位和安全性。

經(jīng)過(guò)多次船機(jī)考察，擬用一艘參數(shù)如下表所示的甲板貨船進(jìn)行潮間帶風(fēng)機(jī)齒輪箱更換作業(yè)，并對(duì)其進(jìn)行加固和改裝，并配備400T履帶吊作為主吊機(jī)施工。船舶具體參數(shù)為：船長(zhǎng)85m，船寬18m，型深3.6m，船舶常態(tài)吃水2.0m，甲板載荷12T/m2，船底為雙層底結(jié)構(gòu)，具備如東潮間帶坐灘1月以上經(jīng)歷。船上加裝4個(gè)3T定位錨。

3.2 施工準(zhǔn)備

船甲板上組裝400T履帶吊，由于船甲板強(qiáng)度<15T/m2，故用2500mm×12000mm×20mm規(guī)格路基板進(jìn)行加固，路基板前后左右與船舶甲板進(jìn)行間段焊接，用200mm×200mm H型鋼焊接船甲板，進(jìn)行加固防護(hù)，履帶車在碼頭組裝完成，并在碼頭進(jìn)行試吊工作后航行至目標(biāo)風(fēng)場(chǎng)，如下圖1所示。

3.3 設(shè)備能力校核

本次大部件更換擬使用的三一400T履帶吊。更換設(shè)備為齒輪箱，風(fēng)機(jī)更換的最大吊高為94m（87m輪轂中心高度+7m吊索具長(zhǎng)度），最大吊重為齒輪箱，重量約為34t（舊齒輪箱含潤(rùn)滑油重量32t及履帶吊勾頭重量2t）。三一400T履帶吊工況為：主臂110m加超起加配重，工作半徑為24m。吊高安全校核如下圖2所示。

吊高、吊重能力校核如下：

本次齒輪箱更換作業(yè)為半徑為24m。查履帶車吊重曲線可得，400T履帶吊在抬升作業(yè)半徑為24m 時(shí)，甲板以上最大吊高為97.5m，最大吊重為 61t。

吊高校核：97.5m>94m，吊高滿足要求。

吊重校核：61t>33t，吊重滿足要求。

3.4 項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施

此方案我司已在江蘇潮間帶風(fēng)場(chǎng)成功實(shí)施4次齒輪箱更換項(xiàng)目，包括海上三種不同機(jī)型的故障風(fēng)機(jī)。施工期間避開(kāi)臺(tái)風(fēng)多發(fā)季節(jié)，選擇中潮或小潮汛期間進(jìn)點(diǎn)施工，能夠有效降低船機(jī)施工風(fēng)險(xiǎn)，船機(jī)利用低潮位坐灘施工，高潮位進(jìn)行船甲板的輔助作業(yè)，充分利用作業(yè)窗口期，提高作業(yè)效率。此種潮間帶海上風(fēng)機(jī)大部件施工方案平均施工周期在3-4天，有效為海上風(fēng)電場(chǎng)客戶解決了燃眉之急。

參考文獻(xiàn)

【1】《中國(guó)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及前景展望（下）》【J】.電器工業(yè). 2019（9）. P32-46