“港航平5”施工平台:带风电机组走向深远海
科技日报 2024-09-10 07:31

6兆瓦、18兆瓦、26兆瓦……这组数字记录了我国海上风电单机装机容量在3年中的跳跃式发展。随着我国海上风电向深水远岸发展战略推进,2022年以后,我国正式从“近海小风机”时代跨入“深远海大风机”时代。在这一背景下,海上施工难度提高,高效、多功能的风电安装船应运而生。

近日,我国新一代海工装备“重器”——“第四代+”海上风电施工平台“港航平5”,在青岛海西重机码头交付。该平台由天津港集团下属天津港航工程有限公司(以下简称“天津港航”)投建,是目前国内起升高度最高、综合起重能力最强、升降桩腿最长的自航自升式海上风电安装平台。它的建成为我国海上风电向深远海进军提供了可借鉴的解决方案。

机组大型化步伐加快

海上风电作为一种清洁可再生能源,其发展有助于减少对化石燃料的依赖,促进能源结构向更加清洁、低碳的方向转变。在国家“双碳”目标和海洋强国战略指引下,大力发展海上风电意义重大。

截至2024年3月底,我国海上风电累计并网容量约38吉瓦(GW),但按照“十四五”最新规划,目前还有280GW待开发。

“因环境、安全等因素,我国主流的风电机组集中安装在水深50米的近海海域。经过10多年发展,这一区域空间接近饱和。”天津港航科信部副经理陈志坚介绍,从世界海上风电建设与规划来看,离岸距离大于100千米、水深超过50米的深远海域可开发范围更广,风能资源更加丰富。海上风电产业逐渐向深远海挺进。

为了降本增效,实现海上风电平价上网,风机厂家也加快了机组大型化步伐。

“几乎每隔两个月就会出现装机容量更大的风机。”陈志坚说,同样安装一组风机,如果装机容量是4兆瓦,风机转一圈,只能发电不到4度。而目前已公开的世界上最大26兆瓦海上风机,转一圈能发电50度左右。

追求大装机容量,必然导致风机尺寸不断增加。以前海上风机高度一般不会超过150米,但像26兆瓦海上风机,叶片长度就已达到151米,轮毂中心高度更是超过185米。

“未来高度超过180米的超大装机容量的海上风机将成为行业主流。”天津港航党委副书记、总经理丁文智认为。

除了风机大型化带来的运输、安装方面的难题外,深远海施工也面临诸多挑战。

“离岸距离远,作业窗口期短,施工效率低,安全风险高。”陈志坚说,新一批已规划风电场平均离岸距离达到50公里,最远达到了150公里。这里风浪条件更加恶劣,且离岸距离远,交通不便,人员和设备可达性差。

自航自升式风电安装船,具有船机投入数量少,安全、高效的优点,特别适合深远海风电施工。目前,欧洲海上风电项目普遍采用这种安装船完成风机运输和安装。设计制造出我国新一代自航自升式风电安装船势在必行。

量身打造施工平台

与普通轮船相比,“港航平5”拥有更为宽阔的甲板,船身两侧设置了一高一矮两台吊机。4根约40层楼高的铁架子高高耸立在平台的四角。

“‘港航平5’的每一个设计,几乎都是为深远海海上风电机组运输、安装施工量身定制的。”天津港航船舶分公司主任工程师李学功说。

近年来,天津港航承建了国内近三分之一的海上风电项目,足迹遍布津冀鲁浙闽粤等我国沿海地区,积累了大量且丰富的施工经验。

为了适应深水区域海底复杂的地质条件,与以往圆柱形桩腿不同,“港航平5”的桩腿被设计成桁架式结构,并且采用特种钢板,增加桩腿的强度。此外,研发团队还提升了桩腿的长度,增加了桩靴的面积。这些设计保证了平台作业时,桩腿可以稳稳地站在海床上。

“‘港航平5’的桩腿设计,可满足水深70米以上深海作业,而且甲板以上起升高度可达到168米。”李学功介绍,在深远海施工,分秒必争。为了提升甲板升起的效率,建设者为桩腿安装了齿轮齿条式升降系统。这种设计较传统的液压插拔销形式升降系统,效率提升4倍以上。

“为了能吊起风机这个庞然大物,‘港航平5’长135米、宽50米,最大起重能力1800吨。”天津港航监造项目组副主任工程师芮志国介绍,“港航平5”设置了主副两台吊机,主钩能吊重1800吨,主吊机甲板以上起升高度168米,在副吊机的配合下,主吊机距离海面最大吊高距离将超过200米,可以满足未来更大风车的安装需要。

为了提高施工效率和增强安全性,“港航平5”搭载了智能船舶系统。船舶配置的DP2动力定位系统,可克服风浪流等复杂海况影响,大幅缩短船舶在风场之间移动驻位的时间。同时,凭借先进的智慧船舶系统,“港航平5”具备航路与航速设计和优化功能、智能能效管理功能及智能集成平台功能,可实现对船舶的全面监控与智能化管理,搭载的风光互补绿能系统可为平台提供充足的生活用电。

“‘港航平5’投入使用之后,将使风机安装效率较上一代平台提升约20%。”天津港航船舶分公司常务副经理刘家军说。

目前,“港航平5”已经奔赴我国南海深远海水域的风电机组安装项目。天津港航也将继续积极探索海上风电领域新技术、新工艺、新结构、新装备研发,为推动我国海上风电产业的蓬勃发展贡献智慧和力量。

文/陈曦

编辑/倪家宁

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