技术资讯—海上风力发电信息专集

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陆上整个电网。 岸边电缆始于变电站，止于岸上 Hvidbjerg Strand 或 Sadding Strand。 技术资讯 第 12 页 共 31 页 电缆采用用水冲海床（使用高压喷水）的方法嵌于海床下 1m深处，以防鱼类和锚的触碰，风电场离 Hvidbjerg Strand 岸距离是 ，离 Sadding Strand 距离是 36km。 应根据具体情况在不同形式的电缆中做出选择。 由于电缆由缆船运载，故海水深度至少为4m，电缆的铺设必须在较好的天气条件下进行，且需要两个有效的工作日。 在风电场周围应确定 200m 的电缆保护区域，禁止鱼类和锚进入。 （摘自上海情报服务平台） 海上风电场设备吊装 摘要 :在海上风力发电场的建设施工成本会随海上安装作业周期的延长而大幅增长。 为了控制建设成本 ,需采用合适的设备吊装方案 ,尽量缩短工期。 介绍了几种海上风力发电场的设备吊装方案、相应的吊装设备及现有的相关标准。 1 引言 现有离岸风机包括基座 (或称桩基 ,基础 ) 、风机塔架、机舱 (含叶轮 ) 这三个主要部件 ,相对于岸上风机的安装施工难度更高 ,安装过程通常分为两个阶段 ,首先建造基座 ,然后在基座顶端吊装风机。 实际建设海上风电场时 ,吊装工作除了基座、风机之外 ,还包括变电站和电缆。 海上安装作业中 ,发生的任何问题或者设计失误都会使原定安装时间被拖延 ,造成设备的停工。 如 :Bockstigen 风电场由于遭遇大风阻碍了驳船正常执行其起重功能 ,不得不停止海上施工 ,波涛汹涌的海洋环境影响了驳船顺利展开起重配置工作 ,这使得开发商前期花费大量 精力研究确定的吊装新方案难以发挥应有的作用。 Middel2grunden 风电场在安装地基的时候 ,一些连接好的电缆遭到破坏。 幸好这起事故被预计到 ,因此建设承包商将备用电缆进行替换 ,还为此买了保险。 工程延误是海上风电场建设工作所面临的最大的不确定性 ,这将急剧增加相应的设备租借成本。 因此 ,减少安装作业的时间与未安排施工的停工时间同样重要。 项目开发商力图通过预装配以及岸上测量安装程序等方法最大程度地减少施工成本。 长期来看 ,该着眼于整体设计 ,成本控制的措施应贯彻于整个安装过程 ,并确认各部分的经济性确实得到改进。 2 风电场建造周期 风电场的建造一般需几个月。 所有的安装工作都受限于天气条件 ,不可避免的会遇到天气不理想或者不能开工的时期。 在天气相对平静的夏季 ,风速和海浪高度基本处于安全 技术资讯 第 13 页 共 31 页 限内 ,选择此时安排风机安装工作可以缩短工程周期。 例如 :丹麦 Nysted 海上风电场的机组吊装工作在 2020 年 5～ 9月完成 ,英国 Scroby Sands 海上风电场的机组吊装工作在 2020 年 7～ 10月完成。 为了简化安装过程 ,至少简化海上那部分的安装作业 ,缩短海上安装周期 ,目前已经提出不少风电场的安装方案。 3 风电场安装方案 风机 安装工程通常分为三步 : 第一 ,安装基座。 第二 ,吊装支撑塔架和机舱。 第三 ,吊装叶片。 或者在第二阶段仅吊装支撑塔架 ,第三阶段吊装机舱和叶片。 风机吊装至基座上之前是在岸边完成装配 ,如先安装好塔架各部分 ,再安装机舱和叶轮。 也有方案提出 :为了进一步缩短工程建设周期 ,在今后的工程中 ,风机的基座和风力发电机应该作为一个整体进行安装作业 ,即将风机安装工程分为两部分 ,首先安装机组的基座 ,之后吊装装配好支撑塔架、机舱和叶轮的风机 ,选择夏季 24h 开工的话每天可以吊装 2 个 ,只是待装风机的暂时存放还是个问题。 以 Middelgrunden 风电场建设为例 ,塔架的各部分是在岸边预先安装完毕之后运输至现场的地基上。 值得一提的是 ,控制面板、开关盘和变压器在运输过程中都放置于塔架的底部 ,运至现场之后再提升至塔架中间层。 Barrow 海上风电场采用的风机 ,机舱、轮毂、两片叶片都在岸上装配。 不仅各种新型海上吊装作业方案的提出会影响吊装设备的选择 ,机组的升级也会影响吊装设备的选择。 为了提高工程安装效率 ,未来海上风电项目中的单机容量会越来越大 ,迫切需要能够承受恶劣天气状况和长时间作业的安装船 ,确保快捷的施工进度 ,降低成本。 以前的施工方法只适 用于安装作业在海浪高度 m 之内 ,水深不超过 15m 的施工现场。 甚至是在海浪高度低于 1 m 的地方 ,用传统的海上起重机实施安装作业也不太可行 ,因为海浪会影响起重机钩子的水平偏移量。 现有的浮吊船大多不是特意为海上风电场的风机安装而设计制造。 对于大型海上风电场 ,机组超过 50 台的 ,应通过使用安装驳船来控制建设周期 ,完成建设任务。 Opti2OWECS 报告针对欧洲海上风电场施工工程公开的安装方法进行了很好的总结 ,介绍如下 : 3. 1 自升式安装 最早的海上风电场吊装方法是以自升式起重机吊装塔架、机舱和叶 轮。 自升式起重机可为安装工作形成一个稳定的基座 ,也是打桩工程的首选。 然而 ,其内在稳定性以及机动性 技术资讯 第 14 页 共 31 页 不足 ,使塔架的安装遇到问题。 从船上卸载塔架部件并将它们提至机组裝配需要处的过程中 ,部件零散运送更佳。 自升式起重机平底船也可用作机组安装前的打桩工作。 Horns Rev 风电场采用两辆自升船 (Buzzard jackup vessel 和 Wind jackup vessel) 分别用于吊装基座和过渡件、平台、 J 形管等配件。 此外 ,还动用了一只船 ( Pompei jack2up vessel) 吊装大理石加强层。 在港口 ,起重机勾起了重 1150t 的 Eltra 变电站 ,并用驳船花费 70h 运送至现场 ,抵达之后等到风平浪静之时启动提升作业 ,将变电站放置三角架式基座之上 ,待其安放就位后 ,起重机就可拆除提升设备 ,随船返回海港。 此外 ,像英国 Scroby Sands 风电场这样近期建成的风电场也采用了自升船。 3. 2 半潜式安装 原则上 ,从驳船上起吊风机是最直接的安装方法。 对于执行海上建设工作 ,半沉式起吊船是漂浮平台中最稳定的一种。 现有驳船的设计用于较远的海上作业 ,在浅滩地区很难发挥作用。 3. 3 载运船 ,平底船和地 面起吊机 载运船和平底船在建设作业中的稳定性不够理想 ,较易受天气状况的影响导致工程的拖延。 带有旋转起吊机的载运船性能最佳 ,因此 ,需求量较大 ,且日租借费可观。 配有尺寸合适的人字起重机的平底船 ,供应较为充足 ,可较为经济地完成塔架安装施工 ,且不受天气状况的影响。 还有一种方法结合了旋转起吊机和日租借费低廉两项优势 ,即采用地面起吊机 ,只要风平浪静 ,这种系统的应用十分令人满意。 图 1 海上风电机组的运输与安装系统 英国专利“海上风电场机组的安装方法” (公告号 :GB 2407114 ,公告日 : 20200420 , 申请人 :ARUP GROUP L TD( GB)。 OVE ARUP amp。 PARTNERS INTER2NAT L (GB) ,专利附图如图 1 所示 ) ,专利摘要称 :一种安装海上风电场风机的方法 :由驳船 26运输风机至安装现场 ,塔架的放置平行于驳船甲板 ,在安装现场 ,令风机在基座重力作用下旋转 ,直到塔架垂直于驳船甲板 ,基座置于海中。 然后降低基座在海中的位置 ,基座可以通过填补压舱物使风机在 技术资讯 第 15 页 共 31 页 重力作用下旋转。 3. 4 漂浮式安装 漂浮式安装方法是先将塔架在码头边上竖起来 ,塔架被运至现场 ,下放到预先安装好的桩 基上之前 ,一直保持垂直的方向 ,然后将塔架吊装至岸边的模拟桩基 ,用栓钉固定 (栓钉被塔架覆盖 ,且打入桩基 )。 随后将塔架垂直安置于驳船上准备运送 ,可通过特制或改进现有的船只来满足这种运送条件。 在码头边 ,特制驳船装上塔架并加以固定。 待到涨潮时 ,驳船排放压舱水使塔架与模拟桩基分开 ,一旦到达安全的水深位置 ,驳船即引入压舱水作牵引之用。 到达安装现场时 ,驳船排放压舱水 (如果必须的话 ) ,安全地固定于海上风电场的桩基上。 然后再引入压舱水使驳船下沉 ,以便安全调转塔架的支撑件至桩基上。 之后即松开紧固件 ,驳船被拖走。 在 Bockstigen 风电场建设初期 ,认为采用漂浮式驳船驱动桩基的建设时间会比采用其他方法的短 ,成本也更低。 后来因为天气原因造成的停工期 ,采用漂浮式驳船安装重力型基座与打入桩基础工程所花费的全部时间与其它工程采用自升式船舶是相同的。 这个包括了 50 个风机的风电场因为天气原因而停工的时间相当可观 ,将近漂浮式驳船原定安装风机时间的 2倍。 Kentish Flats 风电场风机吊装采用具有沉水式柱腿的大型吊装船。 为了减少海上施工量 ,塔架和机舱预先在港口已经装配就绪。 一旦起吊船抵达基座旁 ,塔架就立刻安放上基座 ,然后将预 先安装好 2 个叶片的机舱安放在塔架上 ,并在上翼缘处锁住 ,最后采用定制的提升设备将第三个叶片安至机舱上。 安装过程十分重要 ,应在天气晴好时进行。 在最后安装与最后紧固螺栓阶段 ,吊装船仍需在一旁待命。 如何选择安装方案取决于机组的装配设计、基座结构、施工现场 ,以及一定程度上取决于维护这个机组所采用的方法。 4 风电场安装设备 早期安装海上风电机大多是通过自升式驳船或者漂浮式起重船实现。 两者之间的选择取决于水深、起吊机的能力和驳船的载重量。 起吊机应具备提升风机主要部件 (塔架、机舱、叶轮等 ) 的能力 ,其吊钩提升高度应 大于机舱的尺寸 ,确保塔架和风机装配件的安装。 现有的起重船并非为海上风电机组的安装而特别设计 ,因此 ,现在已经有不少机构在设计制造用于大型的海上风电场 (尤其是机组数量超过 50台 ) 的电场安装设备。 4. 1 吊装设备相关专利 欧洲专利“海上风电机组的运输与安装系统” (公告号 : EP1321670 , 公告日 : 技术资讯 第 16 页 共 31 页 2020206225 , 申请人 / 发明人 : PLAMBECK NORBERT (DE) ,专利附图如图 2 所示 ) 所公布的系统包括至少一个陆上驱动装配车 ,装配车上配备有支撑和提升设备 ,用于建设海上风电系统或将设备转移至装配车上 ,该系统还包括一个浮船坞 ,作为可调整高度的升降平台 ,海上支撑和运输载有海上风电设备的装配车。 升降平台中包括至少一个留给装配车的泊位 ,海上风电设备通过陆上和升降平台之间的调转辅助工具运至升降平台 (无需吊车 ) ,并运送 至海上风电场地基所在之处 ,再由升降平台放下即可。 欧洲专利“运输海上风电机组的升降驳船” (公告号 : EP1384883 , 公告日 : 2020202028 , 申请人 / 发明人 : PLAMBECK NORBERT (DE) ,专利附图如图 3 所示 ) 所公布的海上平底船 主要由运载设备和输送设备组成 ,其中包括带有轮轴和叶片的完整的机架 ,它们用于静态的海上风电场 ,提升平台上装有一个船桅机构 ,船桅机构带有一个支撑单元。 运载设备接收并转运海上风电场的竖直塔架 ,塔架可以在岸上或者海岸边装配好 ,无需起吊机 ,该设备的特点在于转运的安全性。 图 2 海上风电机组的运输与安装系统 图 3 运输海上风电机组的升降驳船 其它相关的专利还有 US2020200809 、 EP1634998 、 J P2020293938 等 ,详细内容 ,可在欧洲专利局网站通过输入专利号的方法检索到相应专利。 4. 2 风力发电机吊装船 A2Sea ,Seacore , MPI 等公司是风电场建设用起重船的重要供应商 ,他们曾为英国ScrobySands 海上风电场 ,丹麦 Horns Rev、 Nysted 风电场等 10 多个海上风电场的吊装工作提供了“ MVOCEAN ADY”号自升式驳船、“ Excalibur”号自升式驳船等系列吊装设备。 “ Mayflower resolution”吊装船 (图 4略 ) 是一艘大型风力发电机吊装船 ,为 North 技术资讯 第 17 页 共 31 页 Hoyle风电场安装过数台风机 , 为 Kentish Flats风电场安装过桩 基。 由英国海洋工程国际公司 (Marine Project International , 简称 MPI) 所有 ,中国秦皇岛的山海关船厂承建 ,丹麦工程师 Knud E. Hansen 等人设计 , 长宽高为 130. 5 m 38 m 8 m ,允许风机塔架的最大高度可达 100 m ,叶片直径达 100 m ,配备的起重机具有 300 t 的起重能力 ,载重能力为 10 个风机的部件 ,主要应用于英国海岸的北海或欧美等拟建风电场的机组安装 ,可以在天气晴朗的时候进行安装作业。 船上悬挂马恩岛 (位于英国和爱尔兰之间的一个岛国 ) 的国旗 ,船员都是欧洲人 ,他们在船舶操控、定位、起重等方面具备超强能力。 MPI对于该船提高吊装效率表示非常乐观。 该船具有 6 个带有用液压升降系统柱腿 ,标有 DNV 符号 (即满足 D。