中船集團七○八所 秦琦

近年來，隨著環(huán)保問題的日益突出和能源供應的緊張，風能作為一種清潔的、可再生的新能源越來越受到重視，風力發(fā)電逐漸成為新能源技術中最具規(guī)模和最成熟的發(fā)電方式之一。而海上風機的運輸和安裝作為風電場建設的一個重要步驟，其各種裝備的發(fā)展有望成為風能發(fā)電產業(yè)鏈上前景較為樂觀的市場。

海上風電場的發(fā)展現狀

據了解，風力發(fā)電的優(yōu)勢是不需要燃料、不占用耕地、沒有污染和運行成本低。隨著陸地風電場的運營和海洋技術的發(fā)展，海上風力發(fā)電逐漸開始形成，發(fā)展形勢急劇升溫。選擇在海上建造風電場不僅具有廣闊的空間，而且風力和風能密度大，從未來發(fā)展趨勢來看海上風電場將是一塊巨大的“蛋糕”。

1991年，丹麥建成世界首個海上風力發(fā)電場，近年來，海上風力發(fā)電場在研究和實踐中得以迅速發(fā)展。據歐洲風能協會統計，截至2008年底，世界海上風電總裝機容量達到1471MW，相比2000年增長了16倍，2000～2008年間年均增長率達到200%。

從海上風電項目在世界各地區(qū)/國家的分布來看，歐洲占據絕大部分的市場份額，其中英國、丹麥、荷蘭和瑞典是目前世界上最主要的海上風電發(fā)展大國。

世界海上風電項目的發(fā)展現狀

注：數據來源于WSH，截至2009年7月。

海上風機的運輸安裝

風機的主要結構：海上風力渦輪機主要由葉輪（包括葉片和輪轂）、機艙、發(fā)電機、傳動系統、偏航系統、控制系統、塔筒、連接件及基座等結構組成。

目前海上風電場的規(guī)?；颈３衷?0～100個風機，單個風機的功率一般為2～5MW。具體到風機的各個部件時，轉子的直徑一般為80～120m，機艙和轉子約重200～450t，機艙的高度在海面70～90m以上。

海上風機運輸和安裝的基本過程：一般而言，海上風機的典型運輸和安裝主要包括以下過程：風機基座的運輸和安裝；塔筒的運輸和安裝；機艙、葉片的運輸和安裝（有時候塔筒和機艙一起安裝，最后單獨進行葉片的安裝）。關于葉片的安裝，有時是機艙和兩片葉片同時安裝，然后再安裝第3片葉片。當然還有一種風機的安裝方式是將整個風機直接吊裝在基座上，這種方法比較適用于安裝近海岸的風機。

風機運輸安裝船舶

海上風機的運輸和安裝作為風電場建設的一個重要步驟，其各種裝備的發(fā)展有望成為風能發(fā)電產業(yè)鏈上前景較為樂觀的市場。

主要類型：海上風機的運輸和安裝一般依靠風機安裝船完成，主要包括重型浮吊船、自升式駁船、起重駁船等常規(guī)的工程船和專門設計的風機安裝船等。

在海上風電場建設的初期，風機的安裝主要采用重吊船、自升式駁船以及改裝的風機安裝船。隨著海上風電行業(yè)的大力發(fā)展，風電場開始出現新建的專門適用于海上風機安裝的船舶。

風機安裝船的方案選擇：由于受風機的臺數和功率、離岸距離、水深等因素的影響，風電場的建設過程中所選擇的風機安裝船各有不同。比如歐洲大部分海上風電場所在的海域水深一般為30m左右（部分在40～45m之間），這種水深就比較適合選擇自升式船作為風機安裝船。

在已建成的風電場中，我們可以看出不同風電場選擇的安裝船不同。Egmond aan Zee海上風電場需要運輸和安裝36個Vestas V90型3.0MW風機，方案采用“Sea Power”號風機安裝船運輸風機，同時采用“Sea Energy”號風機安裝船安裝風機；在Lillgrund海上風電場的建設中，選擇了“Sea Power”號風機安裝船進行48個西門子2.3MW風機的運輸和安裝。

典型風機安裝船介紹：風機安裝船的自升系統以及起重系統、航速、載重量等參數決定了其工作性能，是影響風機經濟性和安裝安全性的主要因素。

歐洲Storeb lt集團于1990年訂購的重吊船“Svanen”號最初用于橋梁的組裝，目前也應用于風電場的建設。該船主要承擔單柱式基座的安裝，它的起吊能力達到8700t，足以安裝目前的單柱基座（最大重600t）。該船采用雙體結構，較大的船體能夠提高船舶的穩(wěn)定性。目前“Svanen”號將能夠在最大工作水深為40m的水域進行下一代單柱基座的安裝，基座上的風機將達600～800t，功率約為5～7MW。

◆ 改裝后的風機安裝船“Sea Power”號

據了解，世界知名的海上風機安裝服務商A2SEA公司的“Sea Power” 號船是一艘典型的經過改裝的風機安裝船。2001年改裝以來，該船參與了歐洲許多海上風電場的建設，如Horns Rev海上風電場（2002年）、Frederikshavn風電場（2003年）、Kentish Flats海上風電場（2005年）、Egmond aan Zee海上風電場（2006年）、Lillgrund海上風電場（2007年）等。

◆ 多用途風機安裝船“NG-7500-HPE”號

荷蘭GustoMSC公司作為世界領先的海洋裝備設計商之一，設計了多型海上風機安裝船，如NG系列自航自升式船。自航自升式多用途船“NG-7500-HPE”號能夠在北海45m深的風電場作業(yè)。4條樁腿配備有高性能提升系統和斜向載荷系統，有利于風機更快、更方便地安裝。該船安裝有一臺800t的重吊機，起重能力高、起吊距離大、懸臂直徑小及360°全方位選擇等特性構成了吊機的操作優(yōu)勢。主甲板局部采取加強結構，可以更好地運輸風機。此外，該船還可以用于海上油氣業(yè)務。

◆ 專用的風機安裝船“Mayflower Resolution”號

由于普通的工程船并不能完整的進行整個風機的海上運輸和安裝，因此海上風力發(fā)電場急需一型專用的風機安裝船。2002年，Mayflower能源公司與中國山海關船廠簽訂世界上首艘專用于風機安裝的船舶“Mayflower Resolution”號的建造合同，該船于2004年開始服役?！癕ayflower Resolution”號具備自升和自航能力，并且具有較高的安裝效率。該船擁有較大的載貨能力、淺吃水、適應惡劣天氣，一次能夠運載10臺風機，一年能夠安裝的風機超過200臺。該船擁有6根樁腿，能夠在安裝海上風機時升至離海面3～46m的距離。

◆ 新一代風機安裝船“Blue Ocean Ships”號

繼開發(fā)出世界首艘風機安裝 船“Mayflower Resolution”號后，丹麥Knud E.Hansen A/S公司日前又為Blue Ocean公司開發(fā)出新一代風機安裝船“Blue Ocean Ships”號。

“Blue Ocean Ships”號能夠獨立完成風機安裝全過程，包括從打樁到連接件、塔筒的安裝以及最后機艙和葉片的組裝。新一代安裝船的裝載量比以前提高許多，而且安裝過程經過優(yōu)化，比如船舶甲板上可以運載整套風機，這樣有利于節(jié)省安裝時間。該船的主要特色是6個桁架樁腿和特殊設計的吊裝裝置可以為船舶提供優(yōu)異的性能和安裝效率，1200t的起重機能夠將500t的機艙安裝在離水面120m的塔筒。據了解，目前許多自升式風機安裝船采用3條或4條樁腿，由于海洋環(huán)境的不穩(wěn)定，船舶很容易出現安全問題。而新開發(fā)的“Blue Ocean Ships”號即使其中一條樁腿出現問題，仍能夠保持安全，而目前大部分安裝船無法達到這種安全性。該船采用DP2動力定位系統，能夠在60m水深處作業(yè)。與同類型船舶相比，新一代安裝船的航速相對較高，達到14kn，這樣有利于減少航行時間和增加操作時間。此外，船上擁有大型起重機和寬闊的甲板，因此可以運輸和起吊海洋油氣工業(yè)中的大型模塊，中型直升機平臺和大型月池可以支持ROV操作和其它海洋工作。

海上風電場的未來發(fā)展

據歐洲風能協會預測，到2030年，海上風電裝機量約占世界風電總裝機總量的比例將提高至40%。海上風電的投資也從2008年開始保持快速增長，未來海上風電場的發(fā)展?jié)摿Ψ浅＞薮?。具體到中國而言，中國海上風能資源相當豐富，據中國可再生能源行業(yè)協會的研究報告估計，中國潛在的海上風能總量達到750GW。

海上風電場的發(fā)展將越來越快，未來可能朝著風機更大、水域更深、成本更低、安全性更高、基座型式更多的方向發(fā)展，比如倫敦Array風電場未來可能會擁有300多臺最大功率達7MW的風機。因此，這些特點都將對未來風機安裝船的設計和建造提出更高要求。

2002～2020年風機的發(fā)展預測

綜上所述，未來全球對新能源的需求將促進海上風電場項目的建設，進而促進海上風機安裝船市場的發(fā)展；另一方面，海上風電場高效建設和風能經濟性利用的要求將促使海上風機安裝船的性能進一步地提高。