海上風(fēng)電安裝船在海上無(wú)論是風(fēng)機(jī)還是基礎(chǔ)的安裝都需要有相應(yīng)能力的運(yùn)輸工具將其運(yùn)送到風(fēng)電場(chǎng)址,并配備適合各種安裝方法的起重設(shè)備和定位設(shè)備。
海上風(fēng)機(jī)安裝基本都是由自升式起重平臺(tái)和浮式起重船兩類船舶完成的,船舶可以具備自航能力也可以是非自航。單獨(dú)或聯(lián)合采用何種方式安裝取決于水深、起重能力和船舶的可用性。其中聯(lián)合安裝比較典型的方式是由平甲板駁船裝載風(fēng)機(jī)部件或者單基樁拖到現(xiàn)場(chǎng),再由自升式平臺(tái)或起重船從平板駁船上吊起部件完成安裝或打樁。
海上風(fēng)機(jī)的起重設(shè)備主要是起重機(jī),起重能力和起重高度決定可以吊裝風(fēng)機(jī)的量級(jí)。通常布置在船中,也可以布置在船艉或船舶側(cè)舷。另外新安裝方法的提出,也需要相應(yīng)的各種新型起重設(shè)備,例 如升降機(jī)等。海上風(fēng)機(jī)的打樁設(shè)備主要有蒸汽打樁錘和液壓打樁錘兩類,根據(jù)需要安裝在安裝船
早期的安裝船都是借用或由其他海洋工程船舶改造的,但隨著風(fēng)機(jī)的大型化,小型船舶無(wú)法滿足起重高度和起重能力的要求。
近年來(lái)歐洲多家海洋工程公司相繼建造和改造了多條專門用于海上風(fēng)機(jī)安裝的工程船舶。安裝船舶的大型化也是一個(gè)趨勢(shì),專門的風(fēng)車安裝船一次最多可以裝載10臺(tái)風(fēng)機(jī)。以下按照船型和適用的工作海域?qū)⒑I巷L(fēng)車安裝船舶分類介紹。
起重船
重船通常具備自航能力,船上配備起重機(jī),可以運(yùn)輸和安裝風(fēng)車和基礎(chǔ)。起重船除在過(guò)淺區(qū)域需考慮吃水外其余區(qū)域不受水深限制,且多為自航,在不同風(fēng)機(jī)位置間的轉(zhuǎn)移速度快,操縱性好,使用費(fèi)率很低,船源充足,不存在船期安排問(wèn)題。但起重船極其依賴天氣和波浪條件,對(duì)控制工期非常不利,現(xiàn)已較少使用。但在深海(大于35m)條件下由于無(wú)法使用自升式平臺(tái)/ 船舶進(jìn)行安裝,故仍須使用起重船。
與近海小型起重船相比,雙體船船型具有穩(wěn)性好、運(yùn)載量大、承受風(fēng)浪能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn),目前也開(kāi)始應(yīng)用在海上風(fēng)機(jī)安裝中。在荷蘭Egmond aan Zee風(fēng)電場(chǎng)的建設(shè)中,主要由應(yīng)用于海上橋梁架設(shè)的雙體起重船Svanen完成了單基樁的打樁工作。該船尺度為102. 75m ×71.8m×6m,起重高度高于甲板76m,起重能力8700t。
自升式起重平臺(tái)
自升式平臺(tái)配備了起重吊機(jī)和4~8個(gè)樁腿,在到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)之后樁腿插入海底支撐并固定駁船,通過(guò)液壓升降裝置可以調(diào)整駁船完全或部分露出水面,形成不受波浪影響的穩(wěn)定平臺(tái)。在平臺(tái)上起重吊機(jī)完成對(duì)風(fēng)機(jī)的吊裝。駁船的面積決定一次性可以運(yùn)輸?shù)脑O(shè)備的數(shù)量,自升平臺(tái)沒(méi)有自航設(shè)備,甲板寬大而開(kāi)闊、易于裝載風(fēng)機(jī)。對(duì)于單樁式基礎(chǔ)的安裝,只需在平臺(tái)上配備打樁機(jī)即可。由于不具備自航能力,自升平臺(tái)需由拖船拖行,導(dǎo)致其在現(xiàn)場(chǎng)不同風(fēng)機(jī)點(diǎn)之間轉(zhuǎn)場(chǎng)時(shí)間較長(zhǎng),操縱不便,且需要平靜海況。
自升式起重平臺(tái)是目前海上風(fēng)電安裝的主力。A2SEA公司的Sea Jack號(hào)則是一艘專門為海上風(fēng)機(jī)安裝而建造的自升式起重平臺(tái)。船舶尺度為91.2m×33m×7m,有4個(gè)樁腿分別位于四角,全回轉(zhuǎn)起重機(jī)位于中央靠近右舷處,工作水深3.8~25m,最大的起重能力在18m半徑時(shí)為1300t,在32m半徑時(shí)為500t。
自航自升式風(fēng)機(jī)安裝船
隨著風(fēng)機(jī)的不斷大型化以及離岸化,起重能力和起重高度的限制以及海況的復(fù)雜化使得傳統(tǒng)的起重安裝船舶無(wú)法滿足需求。在這種情況下,出現(xiàn)了兼具自升式平臺(tái)和浮式船舶的優(yōu)點(diǎn),專門為風(fēng)機(jī)安裝而設(shè)計(jì)與建造的自航自升式安裝船。與之前的安裝船舶相比,自航自升式安裝船具備了一定的航速和操縱性,可以一次性運(yùn)載更多的風(fēng)機(jī),減少了對(duì)本地港口的依賴。船舶配備專門用于風(fēng)機(jī)安裝的大型吊車和打樁設(shè)備,具有可以提供穩(wěn)定工作平臺(tái)的自升裝置,可以在相對(duì)惡劣的天氣海況下工作,且安裝速度較快。
英國(guó)MPI公司的五月花號(hào)(Mayflower Resolution)是世界上第一艘專門為海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)的安裝而建造的特種船舶。船舶尺度130.5m×38m×8m,可以一次性運(yùn)載10臺(tái)3.5MW的風(fēng)機(jī),允許的風(fēng)機(jī)塔架最大高度和葉片最大直徑均為100m,航速10.5kn,配備艏側(cè)推動(dòng)力定位裝置,有6個(gè)樁腿,可在3~35m水深作業(yè),作業(yè)時(shí)船體提升高于水面一定高度,其最高起吊高度為85m,最大起重能力在25. 5m 半徑時(shí)為300t ,在78m半徑時(shí)為50t。在英國(guó)North Hoyle,Kenith Flats等諸多風(fēng)電場(chǎng)五月花號(hào)均實(shí)施了安裝作業(yè)。
樁腿固定型風(fēng)車安裝船
樁腿固定型風(fēng)車安裝船是自航自升式風(fēng)車安裝船與起重船之間的一種折中方案。其通常由常規(guī)船舶改建而成,尺度小于專門建造的安裝船,樁腿為改建中安裝。在作業(yè)工程中船體依然依靠自身浮力漂浮在水中,樁腿只起到穩(wěn)定船體的作用。
目前A2SEA公司運(yùn)營(yíng)的Sea Energy,Sea Power號(hào)均是由集裝箱貨船為風(fēng)車安裝專門改建。Sea Energy號(hào),船舶尺度為91.76m×21.6m×4.25m(吃水),航速8.5kn,最大作業(yè)水深27m,最大起重高度83m,起重能力為22m半徑時(shí)100t。
離岸動(dòng)力定位及半潛式安裝船
目前主要用于海上石油開(kāi)發(fā)。動(dòng)力定位安裝船可以在除淺水區(qū)域外的任何水深條件下作業(yè),安裝效率高,但易受天氣因素制約。半潛式動(dòng)力定位安裝船在理論上是性能最優(yōu)的,但其建造和使用成本過(guò)高,尚未在風(fēng)機(jī)安裝中采用。
早期的安裝船舶都是借用或由其他海洋工程船舶改造而成,但隨著風(fēng)機(jī)的大型化,小型船舶無(wú)法滿足起重高度和起重能力的要求,且使用時(shí)會(huì)出現(xiàn)機(jī)動(dòng)能力、定位性能差, 風(fēng)浪稍大就不能作業(yè)和效率低等問(wèn)題。
因此針對(duì)海上風(fēng)電場(chǎng)開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)專用的風(fēng)電安裝裝備是十分必要的,且隨著海上風(fēng)電逐步向深水發(fā)展,海上風(fēng)電安裝船有如下的發(fā)展趨勢(shì):
(1)適用水深越來(lái)越大。隨著海上風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)逐步向深水推進(jìn),因此要求風(fēng)電安裝裝備的水深適應(yīng)能力逐步增強(qiáng),從灘涂到目前的40~60米水深,可以預(yù)測(cè),隨著將來(lái)的浮式風(fēng)機(jī)逐步成熟,海上風(fēng)電安裝船的適用水深將進(jìn)一步加大。
(2)主吊能力越來(lái)越大。隨著海上風(fēng)機(jī)功率的不斷增大,到目前已經(jīng)有8MW的海上風(fēng)機(jī)研制成功,因此重量越來(lái)越大;海上安裝的一體化吊裝也成為節(jié)省成本、增加效率的有效方案,因此對(duì)安裝設(shè)備的吊裝能力提出了更高要求,目前海上風(fēng)電安裝平臺(tái)主流吊裝能力一般在800噸到1200噸,有的設(shè)計(jì)公司已經(jīng)設(shè)計(jì)出1600噸主吊能力的風(fēng)電安裝船。
(3)主甲板可利用面積越來(lái)越大。為提高安裝效率,要求海上風(fēng)電安裝船可運(yùn)載更多數(shù)量的風(fēng)機(jī)設(shè)備,因此風(fēng)電安裝船的主甲板面積需進(jìn)一步加大,以適應(yīng)海上風(fēng)電的不斷發(fā)展需求。
(4)主甲板承載能力增強(qiáng)。隨著風(fēng)電設(shè)備重量及安裝能力的不斷增加,因此對(duì)海上風(fēng)電安裝船的主甲板承載能力要求不斷提高,已經(jīng)從前幾年的4t/m2到目前的20t/m2,且有不斷增加的趨勢(shì)。
(5)功能愈發(fā)完善。隨著海上風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)的不斷發(fā)展成熟,也進(jìn)一步要求風(fēng)電安裝船的各種功能愈發(fā)完善,如配備動(dòng)力定位系統(tǒng),配備大功率打樁機(jī)、抱樁器,可容納更多的工作人員,配備有直升機(jī)甲板等。
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