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浅析海上大容量风电机组安装工程技术_王太锋.pdf
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1、2023 年第 3 期2023 Number 3水电与新能源HYDOPOWE AND NEW ENEGY第 37 卷Vol37DOI:10 13622/j cnki cn42 1800/tv 1671 3354 2023 03 013收稿日期:2022 04 19作者简介:王太锋,男,工程师,从事国内外陆上风电、国内海上风电安装调试工作。浅析海上大容量风电机组安装工程技术王太锋(东方电气风电股份有限公司,四川 德阳618000)摘要:2021 年国务院印发 2030 年前碳达峰行动方案 的通知,海上风电的开发与利用将大幅增加。2022 年迎来了海上风电平价时代,机组“大容量化”是必然的趋势。主
2、要通过近年来国内大容量海上机组的安装技术进行分析,推选成本、工期等最优的解决方案,可为大容量海上风电机组的安装提供参考和借鉴。关键词:海上风电;风力发电机组;安装技术中图分类号:TM315文献标志码:A文章编号:1671 3354(2023)03 0049 04Installation Engineering Technology of Large Capacity Offshore Wind Turbine UnitsWANG Taifeng(Dongfang Electric Wind Power Co,Ltd,Deyang 618000,China)Abstract:As the Sta
3、te Council of China issued the“Action Plan for Carbon Peaking before 2030”in 2021,the devel-opment and utilization of offshore wind power will increase significantly Also,wind turbine units with larger capacitybecame an inevitable trend as the offshore wind power entered the era of fair price The in
4、stallation technology of largecapacity offshore wind turbine units in China in recent years is summarized,and the optimal solution in cost and con-struction duration is recommended It provides useful reference for the installation of large capacity offshore wind turbineunitsKey words:offshore wind p
5、ower;wind turbine unit;installation technology中国拥有发展海上风电的天然优势,海岸线长达1 8 万 km,可利用海域面积 300 多万 km2,海上风能资源丰富、开发潜力巨大。受海上风电平价影响,2022年海上风机价格不断下探,单机容量增大、技术自主创新国产化是未来海上风电的发展趋势。风电机组容量日趋增加,对海上风电安装工程带来严峻的考验,尤其是受到远海水深、有限的施工窗口期等多重因数影响。本文主要分析、研究了 10 MW 海上机组及国内主流风机厂家海上大容量机组安装技术,从成本、工期等方面综合分析,探索最优的安装方案,预测发展方向。1海上风电机组
6、安装方式选择海上施工环境恶劣,起重船起伏不定,风电机组的各部套件重量较大,最大重量约 300 t,选择安装方式是一项重要的技术难题。从既往国内外风机安装方式看,主要分两种方式:海上整体安装与海上分体安装。11海上整体式安装海上整体式安装,是在安装海域附近的陆地码头上拼装,将塔筒、机舱、发电机、叶轮(轮毂与叶片组装部件)全部拼接完成,然后使用大型的起重船与托轮船将风机整体运输、吊装至海上指定的机位。2010 年,中国第一个海上风电场上海东海大桥100 MW 海上风电项目,共计 34 台 3 MW 海上风电机组采用了此种整体安装方式。在当时的风电吊装技术条件下,该项目选用整体式吊装,主要考虑以下几
7、项关键因素:1)2010 年国内的海上风电刚起步,欧洲的海上风电项目普遍采用整体式安装方式,有成熟的安装工艺可以借鉴;2)机组单机容量小,机组总吨位较轻,所需要使用吊装船、托轮船等辅助的船机设施要求不高;3)东海大桥项目离岸距离不足 10 km,海域水较94水 电 与 新 能 源2023 年第 3 期浅,平均约 10 m,良好的海况,更有利海上运输与吊装。由此可见,海上整体安装只能适用于机组容量小、离岸距离近、海况好的风电场。随着风电整机技术、吊装配套船舶技术的进步,当今海上风电机组单机容量已经达到了 7 10 MW 左右,整机重量也成倍数增长,场址海域离岸距离逐步增大,海水深度约 15 40
8、 m,浪涌等海况条件越来越恶劣,整体式安装从吊装船、托轮运输船选择及施工成本综合考虑,已不再具有优势,取而代之的为海上分体安装,更适合于当前单机容量大、深远海区域、风机度电成本下降的新能源市场环境。12海上分体式安装海上分体安装,则是采用类似于陆地风机的安装方式,在机组基础平台(平台主要可分为高桩承台、导管架、单桩、吸立桶等)附近,布置一个平稳的吊装作业平台,当今市场主流吊装平台为自升式平台船,完成风机各部套件的吊装。自升式平台船用于海上大容量风电机组安装的优势,主要有以下几点:1)结构简单、起重能力强、吊装效率高,可以在天气恶劣的海况与较深的海域工作;2)海上作业时,桩腿插到海底,可根据不同
9、的海水深度,将船体升高在海平面以上,吊装稳定性高,更有利于大部件法兰面螺栓连接孔精准对接;3)甲板的作业面积大,适合用于体积较大的大容量风电机组吊装。经典的案例:2020 年,“三航风和”号自升式平台船,在福建兴化湾海域完成了国内首台 10 MW 海上机组吊装;2021 年,“海电运维 801”自升式平台船,在福建长乐深远海域,完成了长乐 A 项目批量10 MW 机组吊装。下文主要研究、分析分体式安装技术。2大容量海上风电机组安装技术21吊装平台船选择及方案评审吊装前,建设单位需组织项目参建单位召开吊装专项施工方案评审会,评估所选用的吊装平台船是否满足机型的吊装要求,关键的技术参数主要有以下几
10、个方面1:1)风电机组各部套件的重量与外形尺寸,所使用的吊索具的吊高。正常工况下,满载载荷系数 k 值一般取 1 1 1 2,吊高富余高度一般取 2 5 5 0 m;2)吊装平台船站位后,吊车至塔筒中心的作业半径对吊高与吊重的影响。正常工况下,在叶轮吊装时,需考虑吊车主吊臂与叶轮朝下的叶片之间的安全距离不低于 3 m;3)吊装平台船的作业水深、甲板载货面积是否满足吊装要求;4)吊装机位的地质情况,平台船桩体满载压载后的插桩深度,甲板面可上升的高度,以及轮机水塔距离所在海域低潮位时最低海平面的高度2。不同型号的风电机组吊装前,都需要执行吊装平台船机能力评估,制定吊装专项施工方案,组织参建单位及专
11、家组实施评审后,才能进行下一步的吊装作业。以国内首台 10 MW 机组吊装为例,三航风和号吊装平台船,配置 1 台 27 m 半径 1 200 t 吊重 360全回转的主吊车,1 台 30 m 360 t 吊重 360全回转的辅吊车,吊装能力属国内一流,基本可以覆盖海上单机容量10 MW 及以下所有机组的吊装需求。10 MW 机组主要大部件重量尺寸等相关参数,见表 1。表 110 MW 机组主要大部件重量尺寸序号名称长 宽 高重量/t1轮毂 7 3 m 6 m(H)1202叶片90 m343风轮 185 m 6 m(H)2254发电机 8 7 m 2 1 m(H)2505机舱13 5 m 7
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