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2023-05-18 09:23来源:CWEA关键词:海上风电船舶前沿技术研讨会海上风电施工船海上风电装备收藏点赞
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2023年5月8日,海上风电船舶前沿技术研讨会在广东省汕头市举行。大会由中国可再生能源学会风能专业委员会(CWEA)主办,汕头市风能协会承办,中铁大桥局集团有限公司、大金重工股份有限公司协办,并得到中交第三航务工程局有限公司与3M的大力支持。汕头拥有优异的风能禀赋、丰富的场址资源、良好的区位优势,正通过加强产业协同,打造汕头国际风电创新港。其中,不仅包括全球首个在一个产业园区内聚集从风电整机与关键零部件,到检验检测实验室和大型科研装置等完整产业链的“四个一体化”的风电产业集群,也在建设面向全球的海上风电装备及服务出口、运维、施工建设基地的风电母港和海工装备制造产业园,打造国字号工程施工企业和船队。此次会议在汕头举行,引起了全球风电行业的广泛关注。来自中国、挪威、荷兰等国家政府部门代表,以及国内外海上风电开发企业、海上风电工程技术科研机构、海上风电施工与运维龙头企业、船舶设计与建造企业的嘉宾参加了此次会议。
中铁大桥局新能源工程指挥部总工程师、教授级高工孙国光在题为“海上风电场施工技术及安全探讨”的演讲中表示,海上风电施工有着多种特点,要在智能建造、安全监控、施工船的安全管理,以及防台的安全管理上做文章。
中铁大桥局新能源工程指挥部总工程师、教授级高工孙国光
以下为孙国光演讲的主要内容:
海上风电是我国“十四五”规划乃至2035年远景目标的重点产业,同时也是实现双碳目标以及产业升级的重要手段,尤其在2021年的“抢装潮”之后,中国的海上风电逐步向深远海、大容量和基地化的方向发展。面临的挑战和问题这给我们带来了一些问题和挑战。
因为离岸距离越来越远,自然环境更加恶劣,施工环境更加恶劣;基础以及风电机组容量更加大型化;合适的施工装备比较紧缺,即便是2021年以来打造了很多装备,但是这些装备集中在今年以及明年投产使用;价格成本给各方施工带来很大的压力。
针对当前海上风电场面临的挑战和问题,可从以下四个方面考虑:
1,加强产业融合。产业和产业之间可以相互借鉴,比如桥梁和风电之间,风电和石油之间有一些技术是相通的,可以发挥产业链集团的优势。
2,从智能化建造上进行创新。对基地规划进行思考,在设计一体化上、管理产业化上以及施工智能化运维的智慧化上进行总体的把控。
3,打造可靠的、适应相应海域的施工装备。比如技术施工船舶,还有适用于深远海的风电安装船舶。
4,持续不断创新。海上风电项目离岸越来越远,越来越深,光靠打造船舶不能一劳永逸,还要持续创新,通过基础结构形式的创新,施工工艺的创新,材料的创新,从整体上解决问题。
深远海施工技术
对于未来的深远海施工技术推广应用,有一些观点值得思考。在基础的结构形式上,2021年“抢装潮”之后,大部分招标项目都是单桩基础,因为它的建设成本和施工周期相对可控,招标建设的单桩技术已经发挥到了极致,但是随着水深来到40米以上,单机容量来到10兆瓦以上,单桩受到限制,未来深远海的基础还是以导管架基础主为。
针对嵌岩如何解决,原先大多是大型单桩或者是高桩承台,但是经过实践之后,这两种基础实际上在施工过程中不是特别可控,尤其在工期上,所以嵌岩式导管架基础是未来应用的一个趋势。
针对大容量风电机组的安装,主要通过打造新一代安装平台,加大吊高,加长支腿来解决,施工上考虑标准化的施工,信息化、数字化以及智能化的建造。实际上,四桩导管架基础型式相对比较成熟,下面是四根钢桩,上面是一个导管架基础,中间通过灌浆段连接成整体,受力相对比较合理,也比较稳固。
施工方式上,现在经过几个风电场的大规模建设,施工工艺比较成熟,通过导向架的定位进行翻桩、插桩,最后进行吊打,然后安装导管架进行灌浆连接。在福建、广州地区,经常会有一些嵌岩基础施工,原来是应用高桩承台多一些,但通过广东粤电阳江项目推广应用了嵌岩导管架基础,效果显著,质量上得到保证,尤其在工期上更为可控。它的基础型式跟四桩导管架一样,只是增加了嵌岩桩的施工。整个施工流程比四桩导管架多了一个插拔钢护筒过程,有两种形式,一个是直接芯柱嵌岩;另一个是在工厂内进行整体的预制钢桩,现场进行植桩,更为可控,节省了现场混凝土的施工工序,对施工质量、施工工期都有保障。
这种方法在粤电阳江项目上应用后,我们认为,嵌岩导管架在应对嵌岩基础施工中,值得推广应用。
还有一种基础型式,是吸力式导管架基础。2021年以来,这种基础经过几个风电场的应用,显现出一定的优势。因为基础的钢结构制造都是在钢结构厂进行加工完成,现场只需起重船吊装,通过吸力下沉全部到位。根据设计院的不同设计理念、长径比的不同分为两种形式,一种叫窄深型,另一种叫宽浅型,实际上都是通过这种钢桩或者钢筒的形式沉到海床,形成一个密闭空间。
当时三峡长乐外海项目,15套吸力式导管架的钢结构加工都在钢结构厂完成,通过大型的运输船运到现场,15套一共只运输了3次,集中加工,集中现场安装,施工效率很高。考虑到现在吸力式导管架已经做到100米,未来适用于70米水深可能会做到120米,这对吊船的吊高要求会更高。我们正在研究分体制造和分体安装,现在这个技术还在研究过程中,如果可行的话,可适应的吊装船会更多。
大型装备的必要性
2021年“抢装潮”之前,安装的风电机组基本上在7兆瓦以内,抢装潮期间批量化安装了10兆瓦的风电机组,现在基本上都在10兆瓦以上,开始批量化安装13兆瓦的产品。5月份,我们会安装第一台16兆瓦的风电机组。
随着风电机组容量不断加大,轮毂中心也上升至150米,这对三种基础类型的安装工艺和安装船舶要求会越来越高。2021年以来建造的新一代风电安装船超过30艘,将集中在今年年底或者明年年初下水施工。
中铁大桥局也打造了一艘安装船。从参数上来看,腿长有131米,适用于70米水深安装25MW风电机组,在未来的风电机组安装过程中会起到非常重要的作用。
于此同时,相关信息显示,如果水深70米,覆盖层厚度到40米,那么130米腿长的风电安装船也不能满足要求,不可能再加长腿长,而再造一批腿长150米的风电安装船,这样的话又是一种资源浪费。
一种创新思路是,使用一种半潜驳来整体安装风电机组,把构件整体运到现场,然后在船上拼成整体进行安装。国外有一艘“塞班号”,吊装能力很大,利用吊装船的吊高和小水线面的作业优势进行现场的浮态安装,这种方式也有可能在深远海得到应用。
中铁大桥局的技术团队结合桥梁主塔爬模的一些技术,思考利用爬升和活动支架的技术,如果这种安装方式得到解决,风电机组的轮毂加机舱可以在平台面进行安装,然后整体爬升,对吊船的吊高要求大大降低。
针对未来海上风电需要的施工装备,实际上海上风电施工船的需求量很大,主要是基础施工船舶和风电安装船比较重要,后期也需要运维船以及一些辅助船。
目前有几种类型的基础施工船舶,其中一种是小水线面的半潜平台船。这种船有两台吊机,对四桩的管架施工优势比较大,而且受海浪的影响非常小,未来应对深远海施工比较有利。
第二种是以三峡的“乌东德号”为代表的3000吨到5000吨的基础施工船舶,全长在180米左右。这种施工船型可能会在未来基础施工过程中得到广泛的应用。
第三种是固定臂架式吊装船。这种固定臂的吊船的一大优势是起重的损失非常小,基本与设定的数值一致。
综上所述,海上风电施工有着多种特点,管理上需要注意的地方也很多。主要是施工作业环境特别恶劣,大型吊装特别多,施工风险特别大,施工船的选择要配套,要通过选择合理的施工窗口期进行施工,协调的难度比较大。针对这些特点,要在智能建造、安全监控、施工船的安全管理,以及防台的安全管理上做文章,结合智能吊装、风浪流监测以及进度管理和物资管理打造智能建造的平台。
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