于曉東

中電投電力工程有限公司 上海 200000

我國(guó)經(jīng)濟(jì)正處于快速發(fā)展階段，對(duì)于能源的需求與日俱增，同時(shí)又面臨著環(huán)境惡化的壓力，因此，發(fā)展清潔能源成為了我國(guó)發(fā)展規(guī)劃中的重要方向。我國(guó)海域幅員遼闊，可利用的風(fēng)能資源預(yù)計(jì)超過(guò)7.5億千瓦，可見發(fā)展海上風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)，必將成為我國(guó)未來(lái)電力戰(zhàn)略部署與發(fā)展的重點(diǎn)。海上風(fēng)電場(chǎng)的建設(shè)過(guò)程中，風(fēng)險(xiǎn)最大的當(dāng)是風(fēng)機(jī)海上運(yùn)輸和安裝環(huán)節(jié)，其中影響海上風(fēng)電機(jī)組運(yùn)輸與安裝因素多種多樣，尤其是選用的船舶、風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)輸方式與安裝方法必須確保足夠的科學(xué)性、合理性，否則除了對(duì)建設(shè)工期與成本造成嚴(yán)重影響之外，甚至還可能導(dǎo)致項(xiàng)目的失敗。所以，針對(duì)風(fēng)電機(jī)組在海上運(yùn)輸與安裝方式的研究極為必要。

1 海上風(fēng)電運(yùn)輸安裝方式分類

區(qū)別于其他海洋工程，海上風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)輸安裝具備重心高、機(jī)位多、部件多等特點(diǎn)，所以應(yīng)就風(fēng)電機(jī)組實(shí)際情況，制定出合理可靠、經(jīng)濟(jì)、可執(zhí)行性較強(qiáng)的運(yùn)輸安裝方案。運(yùn)輸安裝采用一條船形式是國(guó)外風(fēng)電場(chǎng)慣用做法是，在國(guó)內(nèi)外均有成功應(yīng)用的先例。

2 海上風(fēng)電機(jī)組常用運(yùn)輸及安裝方式研究

2.1 自升式吊船散裝式

自升式吊船配置液壓升降腿柱，可將船體舉升離開水面進(jìn)而避免風(fēng)浪影響吊裝施工。船上還設(shè)置有全旋轉(zhuǎn)吊車，加上船甲板面積足夠大可同時(shí)容納四到五臺(tái)風(fēng)機(jī)，航行的吃水深度為2.5m～5m，適用水深在40m左右，通過(guò)對(duì)腿柱的加長(zhǎng)設(shè)計(jì)還能適應(yīng)更深水域。這種安裝方式除了能夠避開了海況影響，而且工期明確，效率較高，無(wú)需船隊(duì)作業(yè)，成本較低。其明顯缺陷是船舶的制造成本較高且需要較大的一次性投資，造船周期需三年左右導(dǎo)致船舶資源極為稀缺，受水深限制而不適合遠(yuǎn)距離作業(yè)，同時(shí)必須提前做地質(zhì)可行性分析作為前提保障。.綜合考慮其優(yōu)缺點(diǎn)，優(yōu)點(diǎn)明顯大于缺點(diǎn)，因此自升式吊船散裝式是目前海上風(fēng)機(jī)安裝普遍應(yīng)用的方案。

2.2 穩(wěn)性樁浮吊船散裝式

穩(wěn)性樁浮吊的甲板面積較小，可運(yùn)輸兩到三臺(tái)風(fēng)機(jī)，配置有四條液壓自力式升降腿但船體不離開水面而是依靠水的浮力進(jìn)行作業(yè)。船體上設(shè)置定位樁減小風(fēng)浪中船體的運(yùn)動(dòng)幅度，提升安裝作業(yè)效率，加上省去了起拋錨環(huán)節(jié)大大提升了作業(yè)效率。這種安裝方式有效地降低了吊裝作業(yè)中海況影響程度，一臺(tái)風(fēng)機(jī)安裝用時(shí)約3.5天作業(yè)效率較高，不需船隊(duì)作業(yè)且具備自航能力，也是屬于成本較低的作業(yè)方案。尤其是船舶資源直接可由運(yùn)輸船改造而來(lái)，改造周期較短，能夠快速滿足資源需求。其缺點(diǎn)是甲板面積較小，需要進(jìn)行頻繁的重復(fù)動(dòng)復(fù)員，不適合遠(yuǎn)距離作業(yè)且發(fā)生較大涌浪時(shí)需要停止作業(yè)撤離現(xiàn)場(chǎng)，導(dǎo)致作業(yè)效率降低且工期無(wú)法保障。適用水深通常小于30m，因此該方案一般作為過(guò)渡期的選擇方案。

2.3 普通方駁加裝雁帶吊散裝式

現(xiàn)有方駁吃水深度通常約為1.5m，結(jié)合海管鋪設(shè)的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，能夠在漁船和線性絞車輔助作業(yè)下，行進(jìn)到高潮水深0.5m以外的任何區(qū)域。1000t～7000t不同等級(jí)的駁船都能夠使用這種方式，履帶吊的吊高與吊重可以滿足要求即可，因此可選擇當(dāng)前陸地風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)普遍適用的吊車。這種安裝方式較為適用潮間帶的作業(yè)，在進(jìn)行較深水區(qū)域的作業(yè)時(shí)可通過(guò)加裝生活集裝箱的方式改善艱苦的條件。而進(jìn)行灘涂區(qū)域作業(yè)時(shí)則能夠用兩棲車作后勤保障，倒班人員可以宿于陸地。因此這種方案明顯較為適用于在涌浪較小的淺水區(qū)域作業(yè)，灘涂地的效率則略為稍低。

2.4 普通浮吊船散裝式

在現(xiàn)有的近海海洋工程作業(yè)中，極少部分為動(dòng)力定位式，較為常規(guī)的浮吊大部分是錨定位式，然而其具備制造成本過(guò)高并且日租金昂貴的缺點(diǎn)。這種方案的操作方式類似于自升式吊船，區(qū)別只是在于用拋錨方式代替腿柱支撐式在機(jī)位旁的就位作業(yè)，因此要求具備自航能力或者需要用到輔助拋錨船。這種方案極易受到海況的影響，在涌浪較大的情況下需要停止作業(yè)并撤離現(xiàn)場(chǎng)，作業(yè)效率不高且工期無(wú)法保障，預(yù)裝一臺(tái)風(fēng)機(jī)需用時(shí)7天不間斷的作業(yè)。加上風(fēng)機(jī)部件材質(zhì)主要是玻璃鋼，極易因碰撞而破碎所以存在較大的安裝風(fēng)險(xiǎn)。需要船隊(duì)進(jìn)行作業(yè)，又因?yàn)槠胀ǜ〉醯牡醺卟蛔惚仨毷褂么笮偷母〉醮@類船舶資源較為稀缺。這種方案的最大優(yōu)勢(shì)在于不受水深限制，而鑒于以上種種原因，尚未出現(xiàn)這種方案的應(yīng)用先例。

2.5 普通浮吊整體運(yùn)輸?shù)跹b式

相對(duì)于散裝運(yùn)輸，這種方案受到吊高限制需要采用大型浮吊以達(dá)到風(fēng)機(jī)輪轂高度，或者需要用到雙扒桿浮吊。根據(jù)浮吊能力，一個(gè)航次能夠在甲板上固定兩到三臺(tái)風(fēng)機(jī)。對(duì)于長(zhǎng)距離運(yùn)輸情況，可以選擇以駁船運(yùn)輸?shù)姆绞絹?lái)提高吊裝效率。其過(guò)程中浮吊不需返航，風(fēng)機(jī)整體以滑移的方式裝上駁船進(jìn)行往返運(yùn)輸以此提高浮吊作業(yè)效率，大大節(jié)約了作業(yè)成本。

3 中國(guó)海上風(fēng)電的發(fā)展優(yōu)勢(shì)

風(fēng)能是重要的清潔能源，使用風(fēng)能并不會(huì)像使用石油、煤炭等石化材料會(huì)出現(xiàn)溫室氣體排放、產(chǎn)生空氣污染等問題；風(fēng)能還屬于可再生資源，在地球上持續(xù)存在，不會(huì)像石化能源出現(xiàn)枯竭的問題。因此風(fēng)能所具有的綠色性是能多傳統(tǒng)能源無(wú)法比擬的，對(duì)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展具有極高的優(yōu)勢(shì)。而海上風(fēng)電具有更明顯的特殊性，相比傳統(tǒng)能源優(yōu)勢(shì)更加明顯。

區(qū)位優(yōu)勢(shì)。海上風(fēng)能資源具有明顯的區(qū)位優(yōu)勢(shì)，能在采集風(fēng)能的同時(shí)，更好地為高電力需求地區(qū)供電。目前能源資源富集的地區(qū)都比較偏遠(yuǎn)，與人口中心地域有比較遠(yuǎn)的距離，或者需要長(zhǎng)途運(yùn)輸煤礦等資源，或者需要長(zhǎng)途輸電滿足要求。同時(shí)，我國(guó)西北地區(qū)陸上風(fēng)能儲(chǔ)備較多，但是電力負(fù)荷集中在我國(guó)東南沿海地區(qū)，如果西北地區(qū)采用陸上風(fēng)電模式發(fā)電再將電力輸送到東南沿海，還需要繼續(xù)進(jìn)行高壓輸電網(wǎng)建設(shè)，而且風(fēng)電輸送的過(guò)程中也會(huì)產(chǎn)生大量的能耗。而海上風(fēng)電技術(shù)能夠直接為沿海地區(qū)供電，并充分利用海上風(fēng)電資源。我國(guó)東南沿海地區(qū)的風(fēng)電資源儲(chǔ)備量非常高，在渤海、黃海、東海、臺(tái)灣海峽都有豐富的風(fēng)電資源，通過(guò)架設(shè)海上風(fēng)電設(shè)施，能做到對(duì)沿海地區(qū)的電力直供。雖然海上風(fēng)力發(fā)電的成本較高，但綜合火電的環(huán)境問題，西部對(duì)東南沿海的電力長(zhǎng)途輸送，海上風(fēng)力發(fā)電具有更高的綜合效益，尤其近海風(fēng)能資源的潛力巨大，而且具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

海上風(fēng)電相比陸上風(fēng)電具有明顯的直接優(yōu)勢(shì)，雖然兩種風(fēng)電模式都存在間歇性、不可控的問題，但是海風(fēng)相比陸風(fēng)的持續(xù)性更強(qiáng)，所蘊(yùn)含的能量也更高；在海上建立風(fēng)電站，也不會(huì)占據(jù)陸地土地面積，可以減少風(fēng)電廠建設(shè)對(duì)公眾的生活造成干擾，也能避免占用土地激化土地不足的矛盾。由于海上風(fēng)電不會(huì)像陸地一樣受到限制，在鋪設(shè)電力傳輸網(wǎng)絡(luò)時(shí)布線也能更加自由，通過(guò)科學(xué)布線能有效減少輸電線的長(zhǎng)度，最大幅度降低線損，優(yōu)化對(duì)能源的利用。同時(shí)，海風(fēng)所產(chǎn)生的潮汐、波浪、鹽梯度、海洋溫度也能帶來(lái)其他全新的發(fā)電方式，依靠海上風(fēng)電站能融合全新的綜合發(fā)電方式，建立具有更強(qiáng)綜合發(fā)電功能的海洋發(fā)電基地，充分發(fā)掘海洋的能源，提升供電的綜合性和多元化，更有利于減少化石燃料生產(chǎn)所導(dǎo)致的溫室氣體排放問題，保護(hù)自然環(huán)境和公眾的身體健康，和諧利用自然資源并造就綠色就業(yè)機(jī)會(huì)，進(jìn)一步減少對(duì)化石燃料的進(jìn)口依賴，維護(hù)國(guó)家的能源安全。

目前，這種方案在國(guó)內(nèi)已有成功應(yīng)用的案例，其中包括了中海油渤海風(fēng)電示范項(xiàng)目，以及東海大橋的100MW海上風(fēng)電示范項(xiàng)目。兩者僅在運(yùn)輸上存在一些差別，在安裝方式的選擇與作業(yè)方面基本一致。中海油渤海風(fēng)電示范項(xiàng)目，使用藍(lán)疆號(hào)進(jìn)行整體運(yùn)輸以及進(jìn)行海上吊裝作業(yè)。東海大橋項(xiàng)目，選擇采用駁船進(jìn)行整體運(yùn)輸，以雙扒桿浮吊進(jìn)行整體吊裝作業(yè)。

由于這種方案的大部分工作可以在陸地上完成因此成本較低。在海況允許的情況下，海上的安裝作業(yè)在1天內(nèi)即可完成，效率相對(duì)較高且基本上擺脫了水深限制。能夠在陸地上進(jìn)行部分調(diào)試是這種方案的最大優(yōu)勢(shì)，其明顯缺點(diǎn)則是要建設(shè)專用碼頭對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行整體組裝，不但存在選址困難且費(fèi)用也比較高。天氣變化情況對(duì)于運(yùn)輸及吊裝過(guò)程的影響較為敏感，存在較大的安裝風(fēng)險(xiǎn)，尤其是在運(yùn)輸過(guò)程中必須充分做好避風(fēng)措施。運(yùn)輸距離控制在20海里范圍內(nèi)為宜。因?yàn)樾璺磸?fù)多次動(dòng)復(fù)員到碼頭進(jìn)行整體吊裝作業(yè)，所以小型機(jī)組在這種方案下的作業(yè)效率較低且成本偏高。但是隨著海上機(jī)組大型化發(fā)展，該方案在近海風(fēng)場(chǎng)建設(shè)中將占據(jù)一席之地。

海上風(fēng)電工程的施工交通運(yùn)輸中，最為關(guān)鍵的是場(chǎng)外交通和場(chǎng)內(nèi)交通。場(chǎng)外交通主要包括進(jìn)場(chǎng)交通、物資設(shè)備長(zhǎng)途運(yùn)輸，比如風(fēng)電場(chǎng)關(guān)鍵設(shè)備運(yùn)送到港口、鐵路車站，或者通過(guò)水路運(yùn)輸?shù)礁劭诘葏^(qū)域；除運(yùn)輸物資設(shè)備，還有人員等方面的運(yùn)輸任務(wù)，需要確保人員運(yùn)輸?shù)陌踩院图皶r(shí)性，保證海上風(fēng)電場(chǎng)的安全、高效建設(shè)。場(chǎng)外運(yùn)輸主要是運(yùn)輸基礎(chǔ)鋼結(jié)構(gòu)，以及升壓站等相關(guān)光結(jié)構(gòu)設(shè)備，由于鋼結(jié)構(gòu)設(shè)備體積較大，設(shè)備質(zhì)量較高，因此會(huì)選擇成本相對(duì)更低，并且運(yùn)載能力更強(qiáng)的水路運(yùn)輸方式運(yùn)輸?shù)胶Ｉ匣蛘呤┕がF(xiàn)場(chǎng)。施工過(guò)程中，還需要加強(qiáng)施工現(xiàn)場(chǎng)的內(nèi)部聯(lián)系，保證施工過(guò)程中的場(chǎng)內(nèi)交通連貫性，比如確保風(fēng)電場(chǎng)施工現(xiàn)場(chǎng)內(nèi)部的工作區(qū)、生產(chǎn)區(qū)、生活區(qū)之間的交通連接，所以需要在陸上施工中搭建專門的臨時(shí)基地，以便能連接陸地到海上的交通路徑，為海上風(fēng)電場(chǎng)的施工提供補(bǔ)給和運(yùn)營(yíng)支持。在設(shè)計(jì)海上交通方案時(shí)，工程師應(yīng)該結(jié)合氣象、水文觀測(cè)、航道等因素設(shè)計(jì)運(yùn)輸路徑，尤其是對(duì)于基礎(chǔ)鋼管樁、升壓平臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)、風(fēng)機(jī)塔筒、風(fēng)機(jī)葉片等這些設(shè)備均屬于超長(zhǎng)、超重的大型構(gòu)件，必須設(shè)計(jì)最科學(xué)的交通運(yùn)輸方案，保證風(fēng)電場(chǎng)施工能順利完成。

結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在當(dāng)前電力需求迅猛增長(zhǎng)背景下，我國(guó)海上風(fēng)電項(xiàng)目建設(shè)呈現(xiàn)出爆發(fā)態(tài)勢(shì)。在這種情況如何有效地運(yùn)輸海上風(fēng)電機(jī)組并做好安裝就顯得十分重要。有鑒于此，上文在充分結(jié)合筆者對(duì)相關(guān)文獻(xiàn)研究以及自己多年工作實(shí)踐情況下主要就海上風(fēng)電機(jī)組運(yùn)輸與安裝方式展開研究，以供廣大同行參考。