海上風電安裝船：在海上無論是風機還是基礎的安裝都需要有相應能力的運輸工具將其運送到風電場址,並配備適合各種安裝方法的起重設備和定位設備。
海上風機安裝基本都是由自升式起重平台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。單獨或聯合採用何種方式安裝取決於水深、起重能力和船舶的可用性。其中聯合安裝比較典型的方式是由平甲板駁船裝載風機部件或者單基樁拖到現場,再由自升式平台或起重船從平板駁船上吊起部件完成安裝或打樁。早期的安裝船都是借用或由其他海洋工程船舶改造的,但隨著風機的大型化,小型船舶無法滿足起重高度和起重能力的要求。近年來歐洲多家海洋工程公司相繼建造和改造了多條專門用於海上風機安裝的工程船舶。安裝船舶的大型化也是一個趨勢,專門的風車安裝船一次最多可以裝載10 颱風機。以下按照船型和適用的工作海域將海上風車安裝船舶作分類比較。
4. 1 起重船
起重船通常具備自航能力,船上配備起重機,可以運輸和安裝風車和基礎。起重船除在過淺區域需考慮吃水外其餘區域不受水深限制,且多為自航,在不同風機位置間的轉移速度快,操縱性好,使用費率很低,船源充足,不存在船期安排問題。但起重船極其依賴天氣和波浪條件,對控制工期非常不利,現已較少使用。但在深海(大於35m) 條件下由於無法使用自升式平台/ 船舶進行安裝,故仍須使用起重船。與近海小型起重船相比,雙體船船型具有穩性好、運載量大、承受風浪能力強的優點,目前也開始套用在海上風機安裝中,如圖4 中運載整體風機的就是Beat rice 風電場使用的Rambiz 號雙體駁船。在荷蘭Egmond aan Zee 風電場的建設中,主要由套用於海上橋樑架設的雙體起重船Svanen 完成了單基樁的打樁工作。該船尺度為102. 75m ×71. 8m ×6m ,起重高度高於甲板76m ,起重能力8 700t 。
4. 2 自升式起重平台
自升式平台配備了起重吊機和4～8 個樁腿,在到達現場之後樁腿插入海底支撐並固定駁船,通過液壓升降裝置可以調整駁船完全或部分露出水面,形成不受波浪影響的穩定平台。在平台上起重吊機完成對風機的吊裝。駁船的面積決定一次性可以運輸的設備的數量,自昇平台沒有自航設備,甲板寬大而開闊、易於裝載風機。對於單樁式基礎的安裝,只需在平台上配備打樁機即可。由於不具備自航能力,自昇平台需由拖船拖行,導致其在現場不同風機點之間轉場時間較長,操縱不便,且需要平靜海況。自升式起重平台是目前海上風電安裝的主力。A2SEA 公司的Sea J ack 號(圖9) 則是一艘專門為海上風機安裝而建造的自升式起重平台。船舶尺度為91. 2m ×33m ×7m ,有4 個樁腿分別位於四角,全迴轉起重機位於中央靠近右舷處,工作水深3. 8～25m ,最大的起重能力在18m 半徑時為1 300t ,在32m 半徑時為500t 。
4. 3 自航自升式風機安裝船
隨著風機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複雜化使得傳統的起重安裝船舶無法滿足需求。在這種情況下,出現了兼具自升式平台和浮式船舶的優點,專門為風機安裝而設計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,可以一次性運載更多的風機,減少了對本地港口的依賴。船舶配備專門用於風機安裝的大型吊車和打樁設備,具有可以提供穩定工作平台的自升裝置,可以在相對惡劣的天氣海況下工作,且安裝速度較快。英國MPI 公司的五月花號(Mayflower Resolution) (圖10) 是世界上第一艘專門為海上風力發電機的安裝而建造的特種船舶。船舶尺度130. 5m ×38m ×8m ,可以一次性運載10 台3. 5MW 的風機,允許的風機塔架最大高度和葉片最大直徑均為100m ,航速10. 5kn ,配備艏側推動力定位裝置,有6 個樁腿,可在3～35m 水深作業,作業時船體提升高於水面一定高度,其最高起吊高度為85m ,最大起重能力在25. 5m 半徑時為300t ,在78m 半徑時為50t 。在英國Nort h Hoyle , Kenit h Flat s 等諸多風電場五月花號均實施了安裝作業。
4. 4 樁腿固定型風車安裝船
樁腿固定型風車安裝船是自航自升式風車安裝船與起重船之間的一種折中方案。其通常由常規船舶改建而成,尺度小於專門建造的安裝船,樁腿為改建中安裝。在作業工程中船體依然依靠自身浮力漂浮在水中,樁腿只起到穩定船體的作用。目前A2SEA 公司運營的Sea Energy , Sea Power 號均是由貨櫃貨船為風車安裝專門改建。圖11 為Sea Energy 號,船舶尺度為91. 76m ×21. 6m ×4. 25m(吃水) ,航速8. 5kn ,最大作業水深27m ,最大起重高度83m ,起重能力為22m 半徑時100t 。
4. 5 離岸動力定位及半潛式安裝船
目前主要用於海上石油開發。動力定位安裝船可以在除淺水區域外的任何水深條件下作業,安裝效率高,但易受天氣因素制約。半潛式動力定位安裝船在理論上是性能最優的,但其建造和使用成本過高,尚未在風機安裝中採用。
船舶類型 | 適用海域 | 安裝效率 | 使用成本 | 今後發展趨勢 |
一般小型起 重船 | 靠近海岸的遮 蔽水域 | 低。極受天氣和波浪條 件影響導致誤工。 | 低。市場上數量龐大,隨時 可以使用。 | 趨於淘汰。 |
離岸大型雙 體起重船 | 深海區域較快。受天氣影響較大。 | 高。可用於橋樑安裝等其 | 它海洋工程。 | 深海安裝的最佳解決方案。 |
自升式起重 平台 | 遮蔽水域或淺 海區域 | 一般。受天氣影響,且安 裝速率慢。 | 較低。市場上可供數量有 限。可以在風電場規劃期 內完成建造。 | 在遮蔽水域及近岸海域為 首選,但無法滿足大型風機 所需的起重能力。 |
自航自升式 風車安裝船 | 淺海及近海 | 快。受天氣和波浪影響小。可以一次性運載多 颱風機。 | 中偏高。設計建造周期較 長,2～3 年。 | 隨著風機大中型化,為近海 大型風機安裝的首選。 |
樁腿固定型 風車安裝船 | 淺海及近海 | 較快。性能比專用安裝 船略差。 | 中。可以改裝的候選船舶 較多。 | 近海中小型風機安裝首選。 |
離岸動力定 位及半潛式 安裝船 | 深海區域 | 快。受天氣因素影響小。 | 最高。主要用於油氣開發。 | 暫時較難在海上風電安裝 中發揮作用。 |
5 起重和打樁設備
海上風機的起重設備主要是起重機,起重能力和起重高度決定可以吊裝風機的量級。通常布置在船中,也可以布置在船艉或船舶側舷。另外新安裝方法的提出,也需要相應的各種新型起重設備,例如升降機等。海上風機的打樁設備主要有蒸汽打樁錘和液壓打樁錘兩類,根據需要安裝在安裝船。
