周 通

(福清海峡发电有限公司，福建 福州 350000)

21世纪以来，全球经济发展对能源的需求越来越大，同时，随着人们生活水平提高，对环保的要求也越来越高。风能是一种清洁可再生的、最成熟的、最具备大规模商业开发价值的新型清洁能源[1]。通过多年大规模陆上风电的开发，对风电技术已经有了比较全面的掌握，但陆上风电也暴露出了一些问题，如：陆上风电场的建设区域距用电区域远、电力消纳能力不足、弃风严重、电能浪费等，而海上风电场具有风切变影响小，风速稳定、平均风速高、不占用土地资源、距海岸经济带近、电力消纳充足、抗冲击性强等优点，发展海上风电已成为我国新能源的替代战略[2]。

我国海岸线18 000多km，近海海域面积辽阔，风能资源预计可达7.5亿kW，是陆上风能资源的3倍，海上风电场已经成为未来清洁能源发展的重点[3]。在我国《可再生能源十二五规划》中，海上风电发展目标为2015年达到5 GW，2020年达到30 GW，成为世界第一海上风电大国。并且，预计到2050年，全球的海上风电装机总量将达到774 GW，占全部风电容量的18.4%，占到全球电力消费的6.4%[4]。

目前，海上风电机组安装分为整机安装法和分体安装法两种[5]。其中，海上风机分体运输安装法由于其对海上运输设备和安装设备的要求相对较低，可以利用起吊重量较小的起重设备进行风机吊装作业，因此，海上风机分体运输安装法是目前较为成熟且得到了广泛应用的安装方法。

目前，国内外海上风电场风机分体运输安装法主要包括：单叶片吊装(一次性吊装完预拼装的机舱+发电机+轮毂之后，再独立吊装叶片)、风轮整体吊装(轮毂与叶片预先拼装，完成后进行叶轮的整体吊装)以及兔耳式吊装(先吊装2片叶片+轮毂，再吊装第3支叶片)等三种。

海上风机叶片吊装是海上风电施工作业中的一个重要环节。风轮整体吊装方式是源于陆上小容量风电机组吊装的常规的吊装工艺，需要有较大的地面拼装空间，而且作业时间较大，受环境因素制约严重。目前，国内已建海上风电项目中除仅少数采用水平单叶片吊装和兔耳式吊装方法外，大部分均采用风轮整体吊装方式。然而，随着国产化风电机组大型化及向海况条件较差的深远海域发展，海上进行风轮整体吊装方式受到制约的因素逐渐显现，与此同时，目前国外海上风电机组大多采用单叶片及兔耳式吊装方法。

如表1所示为不同叶片吊装型式国内外应用情况。

表1 不同叶片吊装型式国内外应用情况

海上风电场往往选址在海上风浪较大的区域，而海上风电设备的运输安装与吊装工艺的优化和选取则显得极其重要，合理的选择风机叶片的吊装工艺，可以达到最大限度的减少海上作业时间，高效安全地完成风电机组的安装任务。

本文研究了福清兴化湾大型海上风电场机组叶片的吊装工艺，并对比分析了不同的叶片吊装工艺的特点，本文研究对我国大容量海上风电吊装工艺的改进以及未来海上风电的开发建设具有一定的参考价值与指导意义。

1 福清兴化湾样机试验风场概况

福清兴化湾样机试验风场位于福建省福清市，福建省是全国海上风电资源中的“极品”区域，受台湾海峡的“狭管效应”影响，风场项目区域90 m高度风向主要集中在NNE、NE，年平均风速约8.2 m/s，风资源优越，开发潜力巨大。另外，项目风电场处台风活跃区域，台风强度大、持续时间长，每年9-12月为季风期，吊装窗口期较短，仅约150 d。

目前，兴化湾海上试验风电场项目A区面积约23.6 km2，平均水深5.5 m，规划装机容量77.4 MW。综合考虑风场场址风能资源特征、发电效益等因素，风电场样机选定太原重工、海装风电、金风科技、明阳智能、东方电气、上海电气(西门子)、湘电风能、GE等国内外8家风机厂风机，共14台。兴化湾样机试验风场14台风机均采用福船三峡号海上风电一体化作业移动平台进行海上分体安装方案。各样机叶片部分主要技术参数如表2。

2 福清兴化湾样机试验风场叶片吊装型式

本文福清兴化湾风力机吊装型式有：5个风机厂家(太原重工、海装风电、明阳风电各2台，东方电气、湘电风能各1台，共8台)采用叶轮组拼型整体安装工艺，3个风机厂家(GE 3台、西门子1台、金风科技2台，共6台)采用单叶片吊装安装工艺。

2.1 叶轮组拼型整体安装

叶轮组拼型是指在吊装完塔筒与机舱之后，在安装船上组拼轮毂与3只叶片，将组拼好的叶轮整体起吊安装在机舱上的方案。

叶轮组拼型整体安装的叶轮起吊方式也分为两类：吊机挂双吊带分别挂至2只叶片根部抬吊(太原重工、湘电风能)，与吊机挂单吊带挂至轮毂吊点起吊(海装风电、东方电气、明阳风电)。

如图1(a)和图1(b)所示为两种叶轮起吊方式：

表2 样机叶片部分技术参数

图1 叶轮组拼型整体安装的叶轮起吊方式

其中，叶轮组拼型整体安装的具体工艺流程如下。

1)按各厂家具体组装方法和规定，在风轮固定组拼工装上吊装叶片组装风轮，如图2。

图2 风轮组装布置平面图

2)挂设缆风绳，主吊机大钩主吊风轮，辅吊机小钩辅助起吊，双机原位抬吊至距甲板面35 m左右，如图3。

其中，太原重工、湘电风能使用1 000 t主勾挂双吊带分别挂至2只叶片根部(如图1(b))；海装风电、东方电气、明阳风电使用1 000 t主勾挂单吊带挂至轮毂吊点(如图1(a))。

图3 风轮吊装平移状态立面图

3)主、辅吊机把杆协同转动，将风轮平移吊至平台船左舷外9.4 m左右，准备竖转。

4)主吊机起钩，辅吊机逐步松钩，稳货小车协同逐步收紧上缆风，调整控制风轮叶片方位，将风轮逐步竖转，如图4。

图4 风轮吊装起吊状态立面图

5)辅吊机摘钩，主吊机起钩至风轮安装高度，摆动把杆，人工在甲板面配合下缆风，控制风轮仰角，将风轮与机舱法兰逐步对接，并紧固连接螺栓，如图5。

图5 风轮吊装最终状态立面图

6)吊机松钩，稳货小车松钩，拆除吊具，起升把杆，吊机把杆离开风轮平面范围。风轮盘车，将叶片逐根转至竖直向下状态，人工拉溜绳将缆风逐根脱离。

2.2 单叶片吊装安装

单叶片安装型是指在一次性吊装完预拼装的机舱、发电机与轮毂之后，再使用独立的叶片夹具来夹持机组叶片，并利用吊机把3支叶片分别安装到机组轮毂上的方案。

根据叶轮转动方式的不同，单叶片吊装可分水平式单叶片吊装(西门子、金风科技)与非水平式单叶片吊装(GE)，水平式吊装需要在叶片吊装前提前安装盘车装置，利用盘车旋转轮毂，每只叶片水平安装，在叶片安装完毕后再拆除盘车装置。非水平式吊装无盘车装置，配备可倾斜角度较高的叶片夹具，斜向插入轮毂安装，带动叶片及轮毂旋转至下只叶片的安装位置。

如图6(a)和图6(b)所示为两种单叶片吊装安装方式的叶片夹具。

图6 两种单叶片吊装安装方式

2.2.1 水平式单叶片吊装安装工艺流程

1)在平台船上组装叶片吊具支架和吊具；在主吊机把杆上安装缆风系统。

2)叶片运输船锚泊平台船右舷侧，双机抬吊叶片(连同运输工装)存放在甲板面的叶片支承梁上；主吊机挂设叶片专用吊具、系挂缆风，吊装叶片。

叶片安装流程：叶片安装前准备-盘车装置操作-单叶片吊装-安装叶根螺栓-安装第一根叶片(叶片均水平安装)-机组盘车准备安装第二根叶片-安装第二根叶片-机组盘车准备安装第三根叶片-安装第三根叶片-叶根螺栓最后紧固，如图7。

图7 水平式单叶片吊装布置立面图

2.2.2 非水平式吊装安装工艺流程

1)在平台船上组装叶片吊具，测试福船三峡自有缆风系统。

2)机舱偏航至叶片1安装位置，平台船安装叶片支承梁，叶片运输船移近平台船，主、辅吊机双机抬吊叶片1存放在支承梁上-主吊机挂钩叶片专用吊具，利用稳货小车系挂缆风-专用吊具夹吊+30°安装叶片1，如图8。

图8 非水平式单叶片1吊装立面图

3)叶片下转-60°，叶片吊具脱开连接，如图9。

图9 非水平式单叶片1下转-60°立面图

4)机舱偏航200°，0°安装叶片2，如图10。

图10 非水平式单叶片2吊装立面图

5)将叶片2起吊+30°，叶片吊具脱开连接。

6)机舱偏航至叶片1安装位，+30°安装叶片3，安装完成后叶片吊具脱开连接，如图11。

图11 非水平式单叶片3吊装立面图

3 福清兴化湾样机试验风场叶片安装工艺分析总结

3.1 安装工效分析

叶轮组拼型整体安装工艺单台有效作业时间长，约为36 h，受吊装风速限制，作业窗口相对较少。

单叶片水平式吊装安装工艺需要安装、拆卸盘车，作业时间较长，有效作业时间约为30 h，非水平式吊装安装工艺无装卸盘车步骤，有效作业时间约为20 h。

总体而言，单叶片吊装较叶轮组拼型整体安装作业时间短，工作效率高。

3.2 安装工艺特点对比

叶轮组拼型整体安装工艺与单叶片吊装安装工艺对比如表3。

3.3 单叶片安装工艺特点对比

水平式与非水平式单叶片吊装安装工艺对比如表4。

表3 叶轮组拼型整体安装工艺与单叶片吊装安装工艺对比

表4 水平式与非水平式单叶片吊装安装工艺对比

水平式与非水平式单叶片吊装安装工艺各有其优点，水平式单叶片吊装对吊机操作精度要求相对较低，缆风系统稳定性较高；非水平式单叶片吊装无需装、卸盘车装置，步骤简单，作业时间短。

4 结 语

福建区域海上风资源极为丰富，开发潜力巨大，具有得天独厚的地理优势。福清兴化湾试验风场作为三峡集团在福建省的首个海上风电场，具有优良的经济价值与巨大的战略意义。

结合本文对福清兴化湾样机试验风场大容量海上风机叶片的吊装工艺的介绍与分析，大容量海上风机单叶片吊装方法将是国内未来深远海域大型化海上风机的吊装发展方向。另外，在具有良好的预拼装码头及出运能力的近海项目兔耳式吊装也是推荐可选的叶片吊装工艺方案之一。

本文试验风场叶片吊装工艺的总结与分析对我国海上风电吊装工艺的施工优化以及未来海上风电的开发与建设具有一定的参考价值。