海上风电安装平台（上）.docx

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1、海上风电安装平台导读近几十年来，以煤炭、石油、天然气等不可再生资源为核心的能源危机问题日益严峻，使得世界各国纷纷投入到了可再生新能源的开发利用与探索研究当中。在此背景下，风能资源以资源储量大、再生能力强、环保无污染等优点“脱颖而出”，持续受到世界各国的关注和重视。地球上每年可供风力发电使用的风能资源在IOO亿千瓦左右，约为水力发电量的十倍。由此可见，通过在海上建造风电场的方式科学开展风力发电建设，具有可观的市场前景与实践价值。海上风电安装平台是进行海上风电作业的核心设备，用于实现海上风机的安装，对海洋风电领域的开发有良好的促进作用，在海上风电场建设中具有重大意义。海上风电安装平台类型海上风电安

2、装作业平台主要包括平台主船体、桩腿和桩靴结构、升降系统、吊机起吊系统、定位系统、生活区以及相应的作业支持系统。海上风电安装平台作业时首先将桩腿桩靴插入海底，利用升降装置实现船体的提升与锁定，从而将平台主体升离海平面，进行相关的风机安装作业。海上风电安装平台根据作业时的状态可以将其分为起重安装船和自升式风电安装平台两类。起重安装船，又被称为海上浮吊船。它是一种广泛应用于海上起吊作业的工程船舶，其作用就是在海上将重物从一处安放到另外一处。起重安装船根据吊机安装方向，可以分为360。全回转起重安装船和固定方向起重安装船。前者结构较为复杂，后者较为简单。此类安装平台通常具备自航功能，且操纵起来较为灵活

3、，但起重船对海上环境中海浪、暴雨等侵袭因素的抵御能力相对较弱，其在恶劣海况下将很难保持稳定运行，期间风电机组安装施工的精度与进度也很难得到保证。现阶段，起重船在安装技术设计上以整体安装为主，例如，“振华30号”是目前世界上最大的起重安装船，其由振华重工完成设计和建造，有12000吨的单臂架起吊能力，7000吨的360全回转的起吊能力，于2016年05月交付于上海打捞局。图1振华30号起重安装船自升式风电安装平台，此类平台由自升式的IiftbOat配备大型吊装起重机发展而来;此类平台通过升降装置将平台升离海平面来避免海浪的影响。自升式海上风电安装平台根据其推进情况又可以分为自航式风电安装和非自航

4、式风电安装平台，其通常配备有起重设备与升降支撑设备，且甲板表面开阔平坦，可在满足风电机组安装需求的基础上，显著提高安装活动的便利性。同时，自升式平台的结构相对简单，其造价投入水平也较低，具有很强的经济性设计特点。海上风电安装平台发展现状目前，全球范围内的海上风电安装平台供求关系仍处在失衡状态，供不应求情况较为突出。尽管可以用于海上风电安装的平台数量已从2005年的2座增加至2023年的50多座以上，但是相对于目前规划中和建设中的海上风电项目规模数量，这些现有的风电安装船数量还远远不足。海上风电安装平台是非常复杂的海工装备，可将风叶、塔筒、机舱等设备装运至海上风电场，并以提供适合多种安装方法的吊

5、装和定位设备。专业的海上风电安装平台因其特定的作业要求，需备有下列的一些特点：配置有足够吊高和吊重的甲板起重机；旷阔平整的主甲板区域，可以转运和组装海上风电机组的各种分段；安装定位和顶升作用的桩腿，用来确保风电机组吊装和安装的精度，增加了平台在不同环境下的通用性；平台的主要要素可满足运输、吊装和船舶操控的特殊需求；跨风场或风场内移位不需要锚艇或拖轮辅助，以节省作业费用支出；可及时避开恶劣的海况条件，平台操作安全可靠；平台通用性良好，可满足其他相似或相关工程，如海上设备设施的安装和维修等工作。为满足上述要求，未来我国的风电市场需要大量自航自升式风电安装平台，专门用于海上风电场。该类平台不用其他船

6、只辅助拖航，可独立完成风机安装工作；施工状态下，桩靴插入海底，船体抬升到工作气隙，作业状况稳定可控；主甲板平整、面积大，可装载固定各类风电安装作业设备设施，作业结束后可拆卸下船，适用性强；在相同的水深和施工范围内，自升自航式平台更具价格优势；优秀的机动性能用以避开恶劣的环境条件，在短时间内即可切断和其他海上结构物的连接。早期安装海上风机大多是通过起重船来实施的，但起重船并非为海上风电设备的安装而专门设计的，使用时出现机动能力差、定位性能差、风浪稍大不能作业和效率低等问题，受海况限制比较大，并且还需要运输驳船、拖轮、交通船和抛锚艇等各种辅助船只。此后，为解决起重船受海况影响比较大的问题，开始采用

7、改造过的船舶和自升式平台来安装海上风机。例如丹麦的运营商A2SEA公司，提供海上风机运输、安装和维修服务，拥有“SEAJACK”、“SEAWORKER”两艘自升式驳船和“SEAENERGE、SEAPOWER”两艘同型的带定位桩的风电安装船，但是此类风电安装平台或者安装船并不能真正满足风机的安装需求，具有以下缺点：1）功能都比较单一，只能安装基座或者只能安装风机部件；2）运输能力差，装载风机数量有限，或者通过其他运输驳船辅助；3）起重能力比较低，导致吊装效率比较低；4）受环境的影响比较大；5）无自航能力，通常还需要拖轮。为解决这些问题，专业的风电安装平台应运而生。图2采用定位桩的风电安装船首艘专

8、用风电安装平台Mayf1owerreso1ution,（五月花”）于2003年服役，该平台由GustoMSC设计，隶属英国海洋工程国际公司（MarineProjectInternationa1,MP1）所有。该平台配备了30Ot起重机用于安装操作，它可以完成海上风电场的所有安装工作，从安装基座到风机部件。很明显，基座的重量会超出起重机的能力，因此GUStoMSC设计了一个管桩倒立设备来应付更重的单管桩，其他的安装由主吊来完成，能装载10台3.5MW的风电设备，配备动力定位系统。目前该平台已在英国NorthHoy1e等诸多风电场进行了海上风电机组安装作业。图3“五月花”号专用风电安装平台随后，各

9、种升级后的海上风电安装平台应运而生。普丰托本号，是风电安装平台领域的“混血儿”，由振华普丰于2015年3月从德国莱茵集团引进的亚洲首艘自升式海上风电安装平台，其主尺度为船长IOO明宽40m、型深8m、桩腿80m。该船舶最大的特点是可以在漂浮和举升两种工况下进行起吊作业。其配备先进的利勃海尔全回转起重机，最大起重能力达到IOOO吨，最大起重高度约120米，风暴自存能力高达14级海况。Wind1ift1是由世界上最著名的自升式平台设计公司GustoMsc设计，立陶宛的西部造船厂为德国不来梅的巴德工程有限公司设计建造的海上风电安装平台，该平台是一种经济性较高的平台，也是国内大部分风电平台设计的起始模

10、板。该平台的主要尺度为船长93米，船宽36米，型深7.4米，设计吃水5.5米，主起吊能力500吨，配备DP1动力定位系统。该平台主要用于德国EMDEN区域的风场安装和维护。图4Wind1ift1海上风电安装平台国内海上风电行业起步较晚，但势头迅猛。以2007年金风科技第一台海上风机在渤海湾海域试验投产为标志，国内的海上风电事业正式起步。在国家政策支持以及并网目标的推动下，海上风电于2014年开始加速建设。目前参与海上风电建设的单位主要有三峡新能源、中广核、国电龙源、中电投等大型国有能源企业。2015年之前，我国已投入使用的风电安装平台仅为5座，2016年后投入使用的风电安装平台逐年增长。国内海

11、上风电安装平台的发展大体分为四个阶段。在发展初期，为了解决浮吊船在安装作业过程中耐波性差和抗风浪能力弱的问题，自升式风电安装平台应运而生，其主要特点是采用四桩腿设计，在作业施工时，可将平台整体托举出水面，从而完全避免波浪对施工的影响。第1代风电安装平台，如“海洋036”和“海洋038”等，尽管解决了耐波性的问题，但其设计将全回转起重机（非绕桩式起重机）布置在2个桩腿之间，仅能从尾部靠近风机基座进行作业，这使得施工非常不便。第2代风电安装平台，如“精锢1”和“福船大桥”等，其采用了绕桩式起重机，改善了第1代风电安装平台的不足，甲板作业面积也相应增大。作业水深普遍达到40m以上，通常不超过55m。

12、平台采用圆柱式桩腿，偶有采用桁架式桩腿。图5精锢01号风电安装平台第3代风电安装平台，如“铁建01”和“华祥龙”插桩船等，在进一步增加作业水深（50In级别）的同时，还增加了大功率全回转推进器，提高了平台航速，使得平台具有一定的航行能力和定位能力。图6铁建01风电安装平台图7“华祥龙”插桩船我国早期开展的大规模施工的海上风电项目，水深大都在35m以下。随着海上风电场和风力发电机向着深水化和大型化发展，目前市面上主流的风电安装平台作业水深和起重高度己无法满足施工使用要求。在此背景下，第4代风电安装平台随之产生，其主要特点是具有“运输+安装”一体化功能，采用桁架式桩腿，满足更大作业水深（可达到70

13、m级别），拥有更大吊高和吊重。2023年6月29日，中国船舶黄埔文冲建造的国内首艘2000吨级第四代海上风电安装平台“白鹤滩”号顺利出坞下水，该平台是我国首艘满足深远海、大容量、一体化施工作业要求的风电安装平台，其起吊能力、作业水深、可变载荷、甲板面积均为国内第一。该船船长126米，宽50米，型深10米，满载排水量37000吨，集运输、自升、自航、起重、动力定位等多功能于一体，是目前国内起吊能力最强（2000吨）、作业水深最大（70米）、可变载荷最大（6500吨）、甲板面积最大（4200平米）的自升自航式一体化风电安装平台，主要用于8兆瓦至15兆瓦的海上风电机组安装工作，兼顾重量1800吨以下

14、海上风电机组基础施工，可携带4套8MW或2套12MW海上风电机组出海作业。图8白鹤滩”号200Ot自升自航风电安装平台目前市场上的风电安装平台的起重能力主要为500吨至1000吨，其基本能够满足我国海上风电市场的主流产品，单机4WM的海上风电机组的组装需求。随着国家在全国海洋经济发展“十三五”规划明确提出加大高端风电及大功率海上设备的研发力度，5WM、6WM的机组产品将成在海上风电的建设中逐步占据优势，8WM,甚至IOwM或更大功率的海上风电机组也或投入使用。为响应海上风电机组产品的变化趋势，目前新建海上风电安装平台项目的起重能力主要为IOOO吨至1500吨，其中目前世界起重能力最大的2000吨风电安装平台已交付使用，起重能力为2500吨的风电安装平台已经开工建造。结语凭借风力资源丰富、发电利用小时数高、适宜大规模开发等特点，海上风电正成为风电发展的重要方向，其中重要的技术装备风电安装平台及其未来市场也如旭日缓缓升起。目前正值我国海洋强国建设和海洋经济开发机遇期，随着海上风电场建设的不断发展成熟，未来海上风电会获得越来越广泛的建设发展，风电安装平台的各种功能也将愈发完善，中国有望成为全球最大的海上风电市场。