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1、海上风电场风机安装概述论文发表1 简介海上风能作为一种新形式的风能具有湍流强度小、主导风向稳定、节约土地资源、风能平稳、无噪音及景观污染等优势。近年来海上风电在欧洲有了长足的发展。但还有相当多的问题需要解决,设计建设需要考虑风浪流冰以及盐雾腐蚀对风机的安装和维护带来的挑战。对比图1和2中陆上和海上风电场的成本结构,海上风电场建设中风机成本所占比例减小,基础、风机安装和电力传输等有关海上作业的成本所占比例增加。因此改良海上基础施工和风机安装方法,可以降低总成本。同时大量分析证明,风机单击容量越大,风电场单位建设
2、成本越低。如表1所示,目前世界海上风电场的建设日趋大型化和离岸化,2部5MW的大型风机已经在英国Beatrice示范风电场投入使用。风电场的安装是一个复杂的系统工程。包括风机基础的安装,风机的预装与海上安装,安装船舶的使用与物流调配,电缆与海上变电站的布置与建设等。其中基础和风机的安装由于在海上进行,对技术要求高,同时受到气候、天气、波浪、水流等因素的制约。这些因素是海上风电场安装规划中最难以掌控的因素,也是限制海上风电发展的重要因素。海上施工设计和作业的任何失误都有可能造成工期延误。而对于大部分海上风电场来
3、说,安装只能在一定的季节范围内进行,工期延误对整个工程的影响是决定性的。因此,选择合适的安装方法对海上风电场的建设至关重要。2 风机安装的方法 海上风机安装的具体方法很多,其目标都是一致的,即以适当的投入尽量减少海上作业时间从而节约总成本,同时避免工期延误。归纳起来可以将安装方法分为3种理念:第一种为传统的吊装法,工程分为3步,即(1)风基础的安装;(2)风机塔架的安装;(3)风机上层设施的安装,包括机舱和叶片。第二种改良方法,提出将包括风机塔架和整个上层设施的风机作为一体预先在岸上安装调试好,然后整体运
4、送到场址进行安装。第三种整体法,设想将风机的基础和风机作为一个整体,利用基础的浮力由驳船牵引到风电场址,最后通过加载压载直接安装在海底。以上这些方法各有优劣,目前运用最广泛的仍然是第一种传统吊装方法。但随着风机的大型化,满足大型风机吊装要求的起重机面临数量不足、成本过高的问题,因而各种非吊装方法也在研究和实践当中。2.1 传统吊装方法 经过几十年的发展,传统的吊装安装法是海上风电安装方法中最成熟和应用最广泛的。在吊装方法中,基础和风机的安装是在不同阶段来完成的。首先根据基础的种类,选择合适的起重船或自升平
5、台将基础安装到位,之后在基础上安装船舶登靠设施、J形管、悬梯、平台等辅助设施。再使用起重船或自升平台将风机机架和上层设施运输到现场(图3),实施吊装。在海上吊装的可以是完全分开的各个部件,也可以是在一定程度上在岸上进行过预组装的半成品部件。例如比较常用的是所谓“兔耳朵”式的运输方式,即先在岸上将机舱内的部件安装好,并将2片叶片预装在机舱的轮毂上,在通过驳船运输到现场进行塔架和机舱的吊装后,再将最后1片叶片安装到位。吊装通常需要10~15小时的时间,完成后需要通过直升机或小艇将工作人员运送到风机进行风机上的调试
6、。由于传统吊装法的风机调试过程需在海上完成,故风机出现故障会导致初期成本大量增加。2.2 风机整体安装法 由于减少海上作业时间是降低安装成本的最有效途径之一,各国都在研究改良安装风机的方法。其中将风机塔架和上层设施作为一个风机整体来安装是一种很有前途的理念。目前世界单机容量最大的英国Beatrice海上风电场,采用的就是将风机整体吊装在基座上的安装方法(图4)。本方法将风机竖直吊装在安装船上并固定在预先准备好的支架上,运输过程中风机保持竖直状态,到达场址之后再用大型吊机将风机吊装在基座上。整体安装的难点主
7、要在于如何保证体积和重量都非常巨大的风车的安全。还有一种思路是不使用起重吊机,不采用吊装方式,而是将驳船定位于基座旁,直接通过升降装置把风机整体从上方逐步降下并固定在基座上,这种方法取消了对大型吊机的依赖,对于大型风机的安装很有吸引力。由于改良方法中风机整体均在岸上组装,有条件在岸上进行预试车,因此可以降低海上试车的故障率。2.3 基础与风机一体安装法 本方法理论上是在海上作业程序最少的风机安装方法。近年来欧洲对此方法有着大量的研究,但到目前为止还没有过实践经验。此方法中风车基础、塔架、上层建筑等均在岸上
8、完成组装成为一体,并需采用重力式基础与预先平整海床。岸上组装、预调试完成之后采用驳船将风车整体拖驳到场址,通过向基础中注入压载使风车体置于海床,完成安装。整个过程中风车完全或部分依靠由重力式基础提供的浮力漂浮在海面上。3 基础的选择与安装 风机基础的选择主要取决于水深和海底地质条件两项因素,也和风机安装方法有一定的关系。除基础与风机一体安装法之外,基础的安装是风机安装过程中单独的一个环节,并且对
