吳軍武

(廈門船舶重工股份有限公司，福建 廈門 361026)

1 概述

近年來，由于我國陸上風(fēng)電建設(shè)技術(shù)已日趨成熟，加之海上風(fēng)電資源更為廣闊，國家風(fēng)電發(fā)展政策逐漸向海上發(fā)電傾斜?！笆濉钡健笆奈濉逼陂g，伴隨著相關(guān)政策的實行，我國海上風(fēng)電發(fā)展迅速，沿海省市的海上風(fēng)電項目快速落地。與陸上風(fēng)電場相比，海上風(fēng)電場的主要優(yōu)點是不占用土地資源，基本不受地形地貌影響，風(fēng)速更高，風(fēng)電機組單機容量更大，年利用小時數(shù)更高。據(jù)《中國“十四五”電力發(fā)展規(guī)劃研究》，我國將主要在廣東、江蘇、福建、浙江、山東、遼寧和廣西沿海等地區(qū)開發(fā)海上風(fēng)電，重點開發(fā)7個大型海上風(fēng)電基地，大型基地2035年、2050年總裝機規(guī)模分別達(dá)到7100萬kW、1.32億kW。福建省整個海域面積是13.6萬km2，海岸線的長度是6000多km?？傮w上，福建受季風(fēng)氣候影響，年平均風(fēng)速是比較大的，秋冬季以東北風(fēng)為主，風(fēng)向穩(wěn)定，是全國乃至亞洲風(fēng)能資源最豐富的地區(qū)。

2000年之前，所有風(fēng)電場工程都未配備海上升壓站。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，才逐步出現(xiàn)配套的海上升壓站，具有總裝機容量大，離海岸遠(yuǎn)的特征。截至目前，海上升壓站經(jīng)歷了三個發(fā)展階段。從早期的容量較小、離岸較近、重量較輕，發(fā)展到目前普遍推廣使用的距離陸地較遠(yuǎn)，結(jié)構(gòu)尺寸與重量都明顯增加，裝機容量也明顯增大，以及采用高壓直流輸電技術(shù)的海上換流站，而由于海上換流站重量一般在2萬t以上，對滾裝碼頭的承載要求較高，海上安裝只能選用駁船采用浮拖法進(jìn)行安裝，對海況條件要求極高，還在進(jìn)一步的可行性研究中。

作為海上風(fēng)電場的電能匯集中心，海上升壓站是其中輸變電的關(guān)鍵設(shè)施，同時是整個海上風(fēng)電場成敗的關(guān)鍵。由于海上升壓站比較復(fù)雜，總重量很大，一般采用在陸地上整體建造，再由工程船運到海上一體化安裝的操作模式。海上升壓站電氣設(shè)備如果出現(xiàn)問題，小則一條回路上的風(fēng)力機停運，嚴(yán)重時整個風(fēng)電場將癱瘓，所以滾裝運輸中必須嚴(yán)格滿足設(shè)計給出的加速度和傾斜角度要求，避免對主變壓器、GIS等電氣設(shè)備造成隱患。

本文就以長樂外海海上風(fēng)電場C 區(qū)項目海上風(fēng)電場為例，在海上升壓站陸上建造完成后，滾裝上船工程中涉及的滾裝配車、碼頭載荷復(fù)核、場地分載、潮水校核和滾裝流程等方面進(jìn)行研究。

2 滾裝項目簡介

長樂外海海上風(fēng)電場C 區(qū)項目概算總投資111.9億元，場址距離長樂海岸線31～50km海域、水深31～45m、規(guī)劃面積58.6km2。本項目擬布置37臺上海電氣8MW及20臺東方電氣10MW海上風(fēng)力發(fā)電機組，總裝機容量496MW，考慮遠(yuǎn)期周邊風(fēng)電場100MW風(fēng)機容量接入，海上升壓站設(shè)計規(guī)模按照600MW進(jìn)行設(shè)計。該風(fēng)電場理論凈發(fā)電量234703.5萬kWh，年發(fā)電量178140.0萬kWh，發(fā)電利用小時數(shù)約3600h，相當(dāng)于年減少標(biāo)煤消耗56萬t，減少碳排放165萬t。

海上升壓站位于福州市長樂區(qū)東部海域、閩江口南岸，場址距離長樂海岸線31～50km海域，在整個風(fēng)電場西南側(cè)海域，布置在C01、C02、C03、C04、C44、C45 風(fēng)機之間，坐標(biāo)(25°49′44.70″N，119°57′37.38″E)，海上升壓站附近水深約38.3m。

海上升壓站分為上部組塊和下部結(jié)構(gòu)兩部分，上部組塊采用四層布置，平面尺寸約為45.20m×40.25m，高約18.74m(一層梁底之屋頂層頂)，裝機容量600MW，配置兩臺300MW主變壓器，以及GIS、接地變、站用變、開關(guān)柜和繼保屏柜等設(shè)備。上部組塊頂層設(shè)有8t吊車和避雷針，底部支撐是四根插尖，高約5.5m。

海上升壓站上部組塊鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計重量約2142t，建造完成后通過三次稱重得出實際重量約3424t，重心位置x：18046；y：16292，基本位于升壓站幾何中心位置。考慮海上升壓站滾裝前，升壓站上提前預(yù)制了海上吊裝所需的工裝和吊索具，以及后期海上調(diào)試的用油用水，整體重量約3500t，詳見圖2。

圖1 海上升壓站上部組塊三維建模

圖2 海上升壓站上部組塊主體結(jié)構(gòu)圖

3 滾裝配車方案

目前，大型海工模塊的整體運輸基本上采用一種模塊化生產(chǎn)及組裝的自行式平板車，簡稱模塊車，英文簡稱SPMT(Self-Propelled Modular Trailers) 。SPMT主要由不同規(guī)格的模塊組成，配置動力頭，英文簡稱PPU(Power Pack Unit)、電器系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)等。PPU由柴油發(fā)電機、液壓泵組、油箱、控制面板等部件組成。發(fā)動機帶動液壓泵，輸出壓力，驅(qū)動各輪軸上的液壓馬達(dá)，促使車輛運行。同時，PPU也為平板車的升降、各輪軸轉(zhuǎn)向及整車控制等提供動力。這種模塊車可以根據(jù)裝載貨物的不同需求被配置成各種結(jié)構(gòu)、尺寸和重量，適合于集中載荷較大的貨物運輸，單軸裝載荷能力可達(dá)40t[1]。

在大型模塊的實際滾裝工程的應(yīng)用上，SPMT模塊主要由四種規(guī)格，分別是2、3、4和6軸線，其中普遍選用4、6軸線模塊。SPMT模塊寬度統(tǒng)一為2.43m，長度的區(qū)別在于，4軸線模塊5.6m和6軸線模塊8.4m。模塊的每個軸線由2個擺式輪軸組成，每個擺式輪軸帶有2個輪子，根據(jù)工程情況采用實心胎或充氣胎，兩輪的中軸可以沿著中心在垂直面上作一定角度的擺動，以補償模塊在橫向?qū)Φ孛娴母叩筒頪2]。

3.1 滾裝配車方式計算

海上升壓站上部組塊質(zhì)量是3500t，運輸軸線車質(zhì)量約798t，運輸工裝重量約100t，車貨總重約4398t?？紤]每軸模塊車實際載荷控制在65%左右，即26t/軸，配車軸數(shù)為169軸，則該海上升壓站滾裝模塊車選用168軸。模塊車最大實際軸線載荷6.2t/軸，每軸載荷65.5%。此配車方式的模塊車?yán)碚撦d荷在設(shè)計載荷能力范圍內(nèi)。

根據(jù)海上升壓站平面尺寸約為45.20m×40.25m，底部有4根立柱，再結(jié)合底部主梁結(jié)構(gòu)情況，滾裝配車方案采用6個PPU+168軸線模塊車，每個PPU配28軸模塊車，詳見圖3。

圖3 海上升壓站上部組塊配車立面圖

圖4 海上升壓站上部組塊配車平面圖

3.2 滾裝路面載荷計算

模塊車組編為4個液壓分組，每組42軸線，四組受力設(shè)為a、b、c、d；則：a+b+c+d=4398；根據(jù)A組+B組的縱向力矩=C組+D組的縱向力矩；A組+C組的橫向力矩=B組+D組的橫向力矩；則ab×9800cd×9800ac×7725bd×7725(9800為縱向力臂，7725為橫向力臂)；得出：a=b=c=d=1099.5t；因此，分組A/B/C/D 每軸線載荷26.2t；對地流動載荷7.69t/m2(軸線車的縱向軸距為1.4m，車板寬度為2.43m)。

4 滾裝技術(shù)相關(guān)方面研究

4.1 滾裝碼頭載荷能力

海上升壓站滾裝碼頭位于建造單位1#碼頭和2#船臺滑道北側(cè)，碼頭結(jié)構(gòu)型式采用預(yù)制扶壁加現(xiàn)澆鋼筋砼胸墻的重力式結(jié)構(gòu)。碼頭前沿線長度為199m，碼頭面高程為+4.96m，前沿泥面設(shè)計標(biāo)高為-11.5m(標(biāo)高均為黃海零點)。

通過易工水運工程結(jié)構(gòu)CAD集成軟件V3.0，使用工況疊加方法進(jìn)行使用期的計算，前沿40m范圍內(nèi)均布荷載不超過30kN/m2(3t/m2)、水位不低于設(shè)計低水位的短暫工況下，該碼頭的扶壁結(jié)構(gòu)強度、配筋、穩(wěn)定等可以滿足原設(shè)計要求。

4.2 滾裝場地分載方案

為滿足碼頭前沿40m范圍內(nèi)均布荷載不超過30kN/m2(3t/m2)，采用地面鋪設(shè)路基板的方式，將對地流動載荷均布到碼頭地面上。

結(jié)合現(xiàn)有的路基板規(guī)格，根據(jù)分載要去，選用合適的路基板進(jìn)行布置，鋪設(shè)總面積1848m2，地面總荷載重量51772t，碼頭地面均布荷載計算結(jié)構(gòu)2.8t/m2。所以通過該鋪設(shè)路基板的方式，上部組塊滾裝整體重量對地荷載滿足碼頭載荷設(shè)計要求。

4.3 滾裝船舶潮汐校核

以某自航甲板駁船為例，船長153.8m、船寬38.6m、型深10.8m、設(shè)計吃水4.8～7.5m，載重噸25000t，甲板荷載25t/m2。船舶最大干舷：10.8-4.8=6m；船舶最小干舷：10.8-7.5=3.3m；船舶干舷為3.3～6.0m。

為滿足滾裝作業(yè)，需要船舶甲板與碼頭面高差在±5cm，碼頭標(biāo)高8.2m，最低潮：8.2-6=2.2m；最高潮：8.2-3.3=4.9m。滾裝作業(yè)的時間須選擇當(dāng)天高潮水位高于4.9m。

裝載后船舶最大吃水7.5m，船舶所需富裕水深應(yīng)大于1m，要求碼頭前沿水深7.5+1=8.5m。根據(jù)該碼頭最近掃海圖，碼頭前沿水深-11.50m，能夠滿足船舶最大吃水的水深要求。

4.4 滾裝作業(yè)流程簡介

根據(jù)某自航甲板駁船的艙容、調(diào)載能力等情況，確定此次滾裝采用艉丁靠的方案。根據(jù)滾裝所需潮水要求，選定滾裝日期和時間為某月13日預(yù)計潮汐：理論高潮位14∶ 16時5.4m(實際預(yù)計約5.8m)，氣象條件：風(fēng)力 3～5級，能見度良好。

①提前將運輸駁船艉側(cè)沿碼頭停泊就位，并按照船前會要求拉緊纜繩，或備好拖輪頂推，以及布置好碼頭和運輸船之間的跳板。

②將滾裝貨物提前載運到碼頭前沿，并調(diào)整位置對齊滾裝路線。

③待潮水考慮船舶穩(wěn)性和調(diào)載能力，調(diào)整運輸船舶壓載水，要求甲板面略高于碼頭面。船舶初始吃水約為6m，干舷4.8m，開始滾裝時潮高為3.7m，開始滾裝時間11∶ 00。

④操作模塊車平穩(wěn)滾裝到運輸駁船上，注意滾裝期間實時與船長確認(rèn)船舶橫縱傾角，及時調(diào)整壓載水情況，確保甲板面與碼頭高差小于150mm，運輸船甲板面水平。

⑤12∶ 00，貨物到達(dá)落駁位置，支撐位置對齊后模塊車開始卸壓；13∶ 00，模塊車退車，滾裝完畢[3]。

滾裝前注意事項：①根據(jù)各地潮水漲落情況不一，要求滾裝前將貨物需到達(dá)碼頭前沿。②鋼結(jié)構(gòu)中心與運輸駁船重心基本重合，保證運輸過程貨物不會傾斜以及駁船穩(wěn)性。若由于起重船的起吊距離要求貨物落駁位置偏向船體一側(cè)，則需關(guān)注壓載水情況，確保甲板水平。③模塊車滾裝前對齊甲板上預(yù)先繪制的滾裝路線，盡量保證滾裝路線在一條直線上，以免橫向調(diào)整耽誤滾裝時間。④滾裝過程中，當(dāng)運輸駁船的甲板面與碼頭高度差超過150mm時，SPMT立即停止運行，要求船舶調(diào)整壓載水，將高度差調(diào)整到允許范圍以內(nèi)。

5 結(jié)束語

滾裝工程是海上升壓站在陸上建造完畢到海上運輸?shù)年P(guān)鍵環(huán)節(jié)，是一個綜合性工程。模塊車、碼頭載荷和標(biāo)高、當(dāng)?shù)爻毕?、以及運輸船等方面都是相互聯(lián)系的，不能單一考慮。因此，滾裝技術(shù)首先以模塊車的載荷能力為基礎(chǔ)制定安全的配車方案，再結(jié)合碼頭面的承載能力確定分載方案，之后根據(jù)滾裝碼頭標(biāo)高和當(dāng)?shù)氐某毕闆r選擇合適的運輸船，最后由于碼頭潮汐的不可逆性，必須編制詳細(xì)的滾裝操作程序，提前做好各方面的準(zhǔn)備工作，在每個時間點進(jìn)行準(zhǔn)確動作，否則將導(dǎo)致滾裝失敗。