陳 松* 駱洪林 官 峰

（中海油能源發(fā)展股份有限公司清潔能源分公司）

0 引言

近年來，海上風電產業(yè)快速發(fā)展，為了適應海上風電國內市場需求，以風機廠家為技術驅動主力軍加快了風電技術革新，風電單機容量從2021 年平均約5.6 MW 躍升至2022 年平均約8.0 MW。2022 年風電機組主力廠家最大并網安裝機型為明陽8.0 MW 風電機艙，其起吊質量約400 t，最大吊高約130.2 m；上海電氣11 MW 風電機艙（含發(fā)電機）質量近500 t，最大吊高約141 m；海裝8.5 MW 風電機艙（含輪轂）質量為360 t，最大吊高約142 m。隨著國內金風16 MW 機組下線、海裝18 MW 機組研發(fā)及后續(xù)25 MW風電立項，風輪掃風面積越來越大，風電安裝標高勢必會提高，對海上風電安裝船的要求也將更嚴苛。

1 海上風電安裝船施工問題分析

國內海上風電安裝船主要可分為：坐地式、自升非自航式和自升自航式。國內沿海施工海域風電安裝作業(yè)以自升式安裝平臺為主，截至2022 年年底，國內起重能力超過600 t 船機約40 艘。隨著近年來海上風電快速發(fā)展，大量船機投入生產項目中，風電安裝船選擇、施工過程中普遍存在以下問題。

（1）選定風電安裝船無法插腿站樁

由于建設單位建設海域海床地質地勘資料準確度不夠，風電安裝船選型分析船舶插深預估不足，導致選定中標單位風電安裝船抵達風場時，因船舶質量較大，壓樁過程中直接造成穿刺，重新選擇風電安裝船造成工期浪費和成本上升，并增加了機位站樁的風險性。

（2）風電安裝船履帶吊施工風險較大

國內現(xiàn)存大部分風電安裝船只有1 個固定式海工吊，另外配置1 臺移動式履帶吊。移動式履帶雖有效解決了只有主吊機的風電安裝船施工靈活的問題，但履帶吊在施工過程中容易發(fā)生尾部翹起等安全問題、船舶氣隙抬升過程傾斜履帶吊位移平臺失穩(wěn)的重大風險。

（3）風電安裝船吊高不夠，解鎖吊鉤限位，氣隙無限抬升

由風場建設海域水深、地質及選定風電類型，決定風電吊高需求，風電安裝船為保證滿足風電吊裝吊高在船舶主吊機吊高極限狀態(tài)時，施工單位選擇解鎖安全限位吊鉤進行極限作業(yè)。吊高需求偏差較大時，開啟壓載水內循環(huán)，抬升船舶氣隙最高至30 m，導致船舶冷卻系統(tǒng)處于極限狀態(tài)，容易使船機設備溫度過高而發(fā)生故障。當船舶插深較小時，這種極限工況下造成船舶穩(wěn)心過高事故發(fā)生概率將大大增加。

（4）風電設備吊重校核標準不統(tǒng)一

海上風電建設單位對于海上施工船舶吊裝質量校核系數(shù)選擇認可不一?，F(xiàn)目前起重吊裝參數(shù)要求分為2 種技術路線：海洋工程領域普遍參照船級社海洋工程技術規(guī)范，選取動載系數(shù)和不均衡載荷系數(shù)展開吊重校核；陸地起重吊裝參照陸地起重吊裝規(guī)范，要求單機吊裝不超過被吊物質量90%，雙機抬吊單機負荷不超80%。海上風電大出臺相關技術要求，未對海上吊裝作業(yè)被吊物吊重范圍未展開細分，大部分建設單位通常采用后者，但也有建設單位要求同時滿足二者要求，極大地限制了風電安裝船適用能力。

2 風電安裝船選型流程

風電安裝船選型的關鍵在于插深計算相對準確、船舶最大安全吊重、船舶站位距離選擇和最大安全吊高校核分析，基于以上校核分析設定安全余量，一次性篩選合理船機開展風場風機安裝。本文結合揭陽海上風電風電安裝項目，形成了一套合理的風電安裝船選型流程，有效解決了風電安裝船施工中可能遇到的問題，保證了風場建設的成本、進度、質量和安全等要求。圖1 為船機選型流程。

圖1 船機選型流程

考慮船機整體結構形式，滿足最大風電設備質量過駁、安裝就位時起重能力，進一步展開滿足起重能力下船舶最大站位距離，計算船舶樁腿插深和最大作業(yè)半徑下吊機吊高能力，與風電設備吊高需求對比，循環(huán)調整船舶站位距離，同時保證設定的船舶站位距離施工安裝過程中與風電機組設備發(fā)生干涉。

3 某風場項目風電安裝船選型分析

3.1 船舶結構形式選擇

海上風電安裝船結構形式多樣，包括三腿、四腿和六腿等，但綜合考慮海上風電工程實踐檢驗和事故經驗，風電安裝船大多采用四腿自升式結構。風電安裝船是海上風電核心的專業(yè)船機，目前國內大多風電安裝船只有1 臺固定式海工主吊機，輔以移動式履帶吊充當輔吊機。對于風電安裝船上布置履帶吊因拖航監(jiān)管要求，船級社要求不予辦理試拖業(yè)務，同時國內新造風電安裝船主/輔吊機均為固定式海工吊。因此，對于風電安裝船，推薦采用四腿和具備2 臺固定式海工吊的風電安裝船。

3.2 船舶起吊重量校核和站位距離選擇

根據(jù)獲取風電設備參數(shù)以及海工成熟經驗，推薦按照DNV 起重吊裝規(guī)范，單件過駁、吊裝動載系數(shù)取值K1，不均衡載荷系數(shù)K2（雙擊抬吊時取值考慮1.1），要求船機起吊能力大于K1·K2 倍最大結構物質量G，通過以下2 種工況的船舶質量校核，選擇較小作業(yè)半徑作為船舶站位距離最大參考值，詳見表1動載系數(shù)K1（DNV 起重吊裝規(guī)范）。

表1 動載系數(shù)K1（DNV起重吊裝規(guī)范）

還需考慮以下工況：

（1） 運輸船過駁情況：過駁最大結構物質量G1（含工裝質量），要求船機起吊質量=G1·K1·K2 時，吊機最大作業(yè)半徑為R1；

（2）設備從甲板吊裝至結構安裝位置情況：吊裝最大結構重量G2（不含工裝重量，含索具重量），船機起吊質量=G2·K1·K2 時，吊機最大作業(yè)半徑為R2。

3.3 船舶樁腿插深計算、起吊吊高校核

船舶樁腿插深計算依賴于風場地質條件、安裝船船舶重量、樁靴尺寸等因素，樁腿插深計算偏差越小對風電安裝船越安全，根據(jù)工程經驗推薦采用SAME軟件插深計算，偏差基本控制在1.5 m 以內，完全滿足插樁需求。為避免地質條件較差或計算插深處于“雞蛋殼”層邊緣時，建議進行第三方插深校核，降低計算誤差，提高站樁及施工安全性。

通過計算樁腿插深，在已確定站位距離前提下，計算船舶樁腿長度、船舶氣隙、船舶型深和主吊機最大吊高，與風電設備就位標高（含吊索具高度及摘勾余量）對比，校核船舶最大起吊高度，若不滿足要求時，減小船舶站位距離再校核吊高是否滿足要求。船舶氣隙取值受船舶樁腿可用長度影響，但通常建議不超過海水提升泵揚程范圍，有利于避免船舶穩(wěn)心偏高和船舶機械性能。

3.4 吊裝過程結構干涉分析

對于滿足起重能力、起吊高度的船舶站位距離，對風電機組設備、船舶結構施工過程放樣，保證所有設備吊裝過程中不與船舶結構發(fā)生干涉，特別是葉片就位距離及就位時葉片震顫抖動，確定不與吊臂發(fā)生干涉，考慮2～3 m 安全余量，從而篩選出合適風電安裝船。

3.5 風電安裝船輔助性能參數(shù)分析

一般情況下一個風場內船舶不同位置插深都存在較大差異，因此需要對選定安裝船展開多機位船舶插深計算，綜合判定船舶風場所有機位安裝適應性情況。此外，風電安裝船滿足風場全部風機安裝能力基本要求，還應考慮風機安裝的工效，本著提高工效、縮短安裝周期的原則，在適用風場風電安裝船中盡可能選擇甲板面積大的風電安裝船，同時考慮風電安裝船樁腿的驅動形式。從多個角度綜合分析，盡可能選擇具備覆蓋所有機位風機安裝能力的船舶。

4 結語

本文分析了海上風電安裝船施工過程中現(xiàn)存的問題，通過工程實踐形成了一套標準的海上風電安裝船選型流程，結合地勘資料、風機參數(shù)等，可以快速確定適合特定風電場項目的風電安裝船?；谀筹L電場項目，有效地驗證了該流程和關鍵要求設定的合理性。運用該流程，可提高風電安裝項目施工效率，降低風電安裝安全風險，可為海上風電安裝項目船機選型提供參考。