曹国东 赵耀煌 路广亮

摘要：近年来，中国海上风电取得突破进展，有预测显示，2018-2027年的海上风电装机市场可观。全球海上风电装机预计从2018年的4.5 GW上升到2027年的11.3 GW。如何提高海上风力发电机组的安装效率对降低海上风电机组的安装成本异常重要，为便于研究，我们对国内外8家知名风机供应商提供的14台单机容量5MW及以上的抗台风型海上大容量风电机组的安装进行了研究分析，涉及不同机型机组机舱与轮毂、不同型叶轮与轮毂整体吊装、单叶片吊装等技术路线、安装方式等，为海上大容量风电机组的安装提供了成功的探索。

关键词：海上;风力发电;机组安装;技术研究

1. 海上风电与陆上风电的对比及其技术难点

1.1海上风电与陆上风电的对比

与陆上风力发电相比，海上风电除在解决占地和环保方面具有明显优势外，还存在以下明显的技术优势：海上风速随高度的变化小，因而塔架可以较低海上风湍流强度小，具有稳定的主导风向，机组承受的疲劳负荷较低，使得风机寿命更长，相同条件下，一般在陆地上设计使用寿命为年的发电机组在海上可以延长到一年海上风况优于陆地，当风流过粗糙的地表或障碍物时，风速的大小和方向都会发生较大的变化，而海面则粗糙度小，不会产生类似情况离岸的海上风速通常比沿岸陆上高约，使用同样的风力发电机组，年发电量有同等比例的增加因不受噪声限制，可采用比较高叶尖速比，使机组转速适当提高一，增加发电量，降低转矩、减少传动系统的重量和成本海上风力发电可以和其他形式的海洋能源形式波浪能、海流能、温差能、盐差能等结合起来，可以在深海建立一个大型离岸能源中心，使为人类开发深海资源提供直接能源支持成为可能。

1.2海上风电的技术难点

与陆上风电相比，海上风电也存在以下技术难点海上风电机组的单机容量更大，对制造工艺和技术设计的标准更高海上风电场要面对风和波浪的双重负荷的考验，对风电机组支撑结构包括塔架、基础和连接等要求很高海上气候环境恶劣，盐雾、夭气、海浪、潮汛等因素复杂多变，对风电机组防腐性能等级要求更为严格，同时，风电机组的吊装、项目建设施工及运行难度更大由于海上风力资源多分布在一海岸内，这些区域水深多超过，按照目前近海风电场普遍采用各种贯穿桩结构如重力基础、单桩基础或多脚架基础固定在海底的做法，建场成本昂贵是目前存在的重要问题。

2. 项目简介

该项目位于福建省福清市江阴半岛东南侧和牛头尾西北侧，位于兴化湾北部，场址涉及福清市的三山镇和沙埔镇。该区各机位平均水深5.5m，面积约23.6 。

3. 风电机组安装技术

3.1吊装设备

风场所在地区的气候和地理环境较为特殊，夏天受台风影响较大，秋冬受季风影响，实际可作业天数有限，且该试验风场风电机组种类较多，施工工艺差异较大，工程施工期应尽量避开台风季及季风季节，需选用安全可靠的施工机械，在确保安装质量及安全的情况下，快速完成吊装工作。机组的主吊机吊机械选用 1000 t 自升式风电安装船进行风机分体安装。

3.2安装准备

测量。安装船通过 GPS 进行定位，DP动力定位进点，通过搭接已建陆上基站，确保安装船进点距离准确。

技术方案。根据提供的设计图纸，立即组织有 关人员进行图纸复核; 风机供应厂商提供的风机安装作业指导书; 充分研究现有资料，编排施工技术方案和实施计划，及时向施工技术人员进行安全技术质量交 底; 及时做好在该风场内预定位置的插拔腿计算分析， 确保平台船插拔腿安全可控。

物资准备。根据风机安装作业指导书提供的物料清单，编排各种物资、工装、工索具的需求计划，落实货源，安排储备供给，以满足施工的要求。

3.3下塔筒安装

①基础环检查。首先应对基础环法兰面的水平度再次进行复查，法兰水平度达到设计要求方可准予吊装，其次检查基础环法兰椭圆度，以免影响与下塔筒的对接;检查法兰表面是否有严重的划痕，过渡段内设备、附件安装到位。

②塔筒检查。在塔筒起吊前，需检查并修复塔筒在运输中的损伤，检查法兰面的损伤及圆度以及检查塔筒内外表面的损伤，对损伤部位用塔筒厂家提供的专门用于修复表面油漆损伤的油漆进行修补。

③吊具检查。塔筒吊具安装前，需确定所使用的吊具、吊带是否满足要求，检查吊具挂设是否正确。

④塔筒吊装。下段塔筒竖直运输，直接吊装。由主起重机将下塔筒吊起，移动下塔筒至桩顶上方150mm处。调整下塔筒安装方位，确保塔架门的朝向正确，然后缓慢下落就位。利用引导销使法兰螺孔对位，安装预先放置好的螺栓、垫片和螺母，按标准要求紧固高强度螺栓。

3.4中段塔筒安装

①塔筒检查，对损伤部位进行修复。

②主辅吊机就位，按设备厂家要求挂好吊具，系好安全风绳。

③主辅吊车同时启动，缓缓起升吊钩，将中塔筒吊起离甲板面约50～100mm，卸下运输支架。

④主副吊配合将中塔筒吊起，2台吊机同时抬吊，主吊抬高，副吊缓慢抬升并向主吊方向靠近，直到中塔筒呈垂直状态，完成塔筒翻身，松開副吊上的吊带，主吊缓慢下降至距离运输船甲板300mm处，将吊具移去。主吊继续提升吊钩，将中塔筒吊至下塔筒上方约150mm处。利用塔筒内爬梯作为参照，确保塔筒安装方位正确。利用引导销使法兰螺孔对位，安装预先放置好的螺栓、垫片和螺母，按标准要求紧固高强度螺栓。

3.5上塔筒安装

按照中塔筒的安装要求完成上塔筒的起吊和安装。

3.6增速型机组机舱和轮毂安装

①吊装准备。将机舱与顶段塔筒连接螺栓提前放置于顶段塔筒上平台内。机舱起吊前需完成机舱顶部风速风向仪、航空警示灯等附件安装及电缆敷设工作。

②机舱吊装。机舱和轮毂已经在场地内完成预组装。安装机舱和轮毂起吊专用吊具，并将1000t吊车上的稳货钩挂设与吊具两侧。吊索连接完成后，检查连接正确性，在现场起重指挥下，缓慢提升起重机吊钩，吊起机舱至上塔筒上法兰上方，机舱头部和尾部各拉1根缆风绳调整机舱方向，保持机舱偏航法兰面水平，利用引导销使法兰孔对中。当两法兰面接触后，装上螺栓。按标准规定的顺序和力矩进行螺栓紧固。

3.7增速型机组叶片安装

①主副吊配合将叶片逐一从运输船上抬吊至“福船三峡”甲板的叶片支撑梁上。

②主吊机挂设叶片专用吊具、系挂揽风绳。将叶片缓缓吊起，拆除叶片支架。叶片呈水平状态慢慢吊于轮毂叶根轴承法兰接口处。通过安装调试电源盒对轮毂轴承进行变桨微调，所有螺栓顺利穿入变桨轴承孔内，带上螺母，按要求紧固螺栓。采用同样的方式，安装其他2片叶片，至此风机主体拼装完成。

叶片的吊装模式有整体吊装模式和单叶片吊装模式。整体吊装模式下，叶片与轮毂组拼后尺寸大，存在一定的吊装难度，信号指挥与吊机司机的配合非常关键 环境适应性稍差，要求在风浪条件较好时才能吊装，对施工窗口期要求高 可在陆上进行组装，一次吊装就位，减少海上作业时间。单叶片吊装模式。机舱与轮毂需先行组拼成组合体， 机舱吊装前先在机舱顶平台安装一个盘车工装。风机 叶片吊装采用平插式，每装完一支叶片，机组盘车至下  一叶片安装位置，安装相对比较顺利。单叶片吊装在 风机安装窗口期的选择上更为灵活   单叶片吊装方式吊装次数为 3 次，海上作业时间相对较长。

该海上风场风机吊装既有叶轮整体吊装方式，也有单叶片吊装方式。在近海海域对多种吊装工艺进行尝试，可为后续深远海海上风电资源开发积累经验。随着海上风电开发逐步向深远海开发建设发展，海上风电机组安装面临巨大挑战。叶片整体或单体吊装各有优缺点，整体吊装方式在风浪条件较好的海域更适合，单体吊装方式对外围风浪环境要求更低。风机吊装时，应充分研判施工海域风浪条件，根据机组型式，采取合理高效的吊装方式。

结 语：

随着风电产业的不断发展，海上风力发电机组作为未来发展的主要方向正在被越来越多的风电企业设计和研发出来。但应该注意的是，海上风力发电机组的设计和海上风场的建设尚在起步阶段，加之，海上风电与陆上风电在技术上存在很大的差异，造成海上风电能够借鉴的经验很少，甚至在某些关键技术设计方面尚无可借鉴的经验。因此，对于正在研发或者已经研发出海上风力发电机的企业，更应该谨慎细微，应做好充分的前期准备，任何一个环节都应多方面，多角度反复考虑和推敲只有这样才能保证在进人海上风电产业以后能够持续稳定健康的发展。

参考文献：

[1] 王爱国，杨泽敏，胡宗邱.浅谈海上风力发电机组安装技术[J].水电与新能源，2019.

[2] 王宝归，袁莹，程肖倜.5MW海上风力发电机组关键技术浅析[J].變频器世界，2013.