淺談一種潮間帶海上風機大部件施工方法

吉鵬程　謝閩　唐勇　張斌

摘要：本文淺析了目前潮間帶海上風機大部件更換目前的現況和存在困難，提出了一種解決方案，并通過工程實例加以論證可行性。

關鍵詞：海上風電，潮間帶，大部件更換，施工方案

1 國內海上風電發展情況

隨著“十三五”期間將國家大力推進海上風電建設，到2020年江蘇、福建、廣東、浙江省海上風電開工建設規模均達到百萬KW級;到2020年，全國海上風電開工建設規模達到1000萬KW，力爭累計并網容量達到500萬KW以上。因此，在政策、地理環境、市場需求的有利條件下，國內的海上風電正在蓬勃發展。

2 國內海上風機大部件更換的現況

2.1 國內現況

目前海上發生大部件更換的風機多為早期風場的風機，部分風場為試驗風場或風場內存在部分試驗風機，早期海上風機在前期設計、施工、運行管理等多個方面存在一定程度的缺陷和不足，因此風機整體穩定性不夠理想，機組的長期運行容易引發風機大部件故障。

隨著國內政策鼓勵、地方政府的扶持，海上風電開始井噴式地發展，海上裝機容量急速增加，全面進入“搶裝潮”。在此期間，由于訂單量急劇上升，部分零部件供應商的產品可靠性有所降低，這也導致部分已建成風場的風機出現批量大部件更換情況，給建設單位帶了許多不必要的發電量損失。

截止2020年9月，根據我司近三年來海上風機大部件更換數量統計，2018年更換量為35臺，2019年為24臺，2020年為22臺，預計2020年底更換數量達30臺以上，總體呈上升趨勢。

這其中，潮間帶海上風電場由于建設較早，風機多數已運行數年，部分風機已出質保期，更換大部件的風機數量占到總數的一半以上。

2.2 潮間帶海上風電場特點

潮間帶海上風電場施工特點是通達性差，施工時間受潮汐影響較大，沖刷嚴重，加之風電場內泥沙不斷淤積，使得原本風電場內的泥面不斷增高，部分風機泥面標高可達1米以上，使得對施工船舶的船型、吃水提出了更高的要求。

此外，由于海上風電“搶裝潮”影響，船機資源緊張，時常出現由于風機大部件故障，沒有合適的施工船進場更換導致風機停機數月的尷尬現狀。

我司自2010年成立以來一直致力于海上風電建設與維護，十年間進行50余臺海上風機大部件更換，積累了許多寶貴經驗，在當下船機資源緊缺的階段，提出一種潮間帶海上風機大部件施工方案，一定程度上有利于緩解目前潮間帶風場風機不能及時大部件更換的壓力。

3. 施工方案

3.1 船機選擇

本方案主要應用于海上潮間帶風電項目，適用于不需要摘風機葉輪即可更換的大部件，如：齒輪箱、葉片（單葉片更換）、發電機等等。選用船舶市場上相對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月以上的坐灘實例，甲板貨船要求長度80米以上，寬度18米以上，吃水2米左右，甲板強度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個定位錨用于拋錨定位，保證船舶的精確定位和安全性。

經過多次船機考察，擬用一艘參數如下表所示的甲板貨船進行潮間帶風機齒輪箱更換作業，并對其進行加固和改裝，并配備400T履帶吊作為主吊機施工。船舶具體參數為：船長85m，船寬18m，型深3.6m，船舶常態吃水2.0m，甲板載荷12T/m2，船底為雙層底結構，具備如東潮間帶坐灘1月以上經歷。船上加裝4個3T定位錨。

3.2 施工準備

船甲板上組裝400T履帶吊，由于船甲板強度<15T/m2，故用2500mm×12000mm×20mm規格路基板進行加固，路基板前后左右與船舶甲板進行間段焊接，用200mm×200mm H型鋼焊接船甲板，進行加固防護，履帶車在碼頭組裝完成，并在碼頭進行試吊工作后航行至目標風場，如下圖1所示。

3.3 設備能力校核

本次大部件更換擬使用的三一400T履帶吊。更換設備為齒輪箱，風機更換的最大吊高為94m（87m輪轂中心高度+7m吊索具長度），最大吊重為齒輪箱，重量約為34t（舊齒輪箱含潤滑油重量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為半徑為24m。查履帶車吊重曲線可得，400T履帶吊在抬升作業半徑為24m 時，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 項目現場實施

此方案我司已在江蘇潮間帶風場成功實施4次齒輪箱更換項目，包括海上三種不同機型的故障風機。施工期間避開臺風多發季節，選擇中潮或小潮汛期間進點施工，能夠有效降低船機施工風險，船機利用低潮位坐灘施工，高潮位進行船甲板的輔助作業，充分利用作業窗口期，提高作業效率。此種潮間帶海上風機大部件施工方案平均施工周期在3-4天，有效為海上風電場客戶解決了燃眉之急。

參考文獻

【1】《中國風電產業發展現狀及前景展望（下）》【J】.電器工業. 2019（9）. P32-46