海上風電場海上升壓站上部組塊吊裝技術(shù)要點分析

引言

2018年5月18日,國家能源局發(fā)布《國家能源局關(guān)于2018年度風電建設管理有關(guān)要求的通知》,通知指出:"從2019年起,各省(自治區(qū)、直轄市)新增核準的集中式陸上風電項目和海上風電項目應全部通過競爭方式配置和確定上網(wǎng)電價。"2020年,新型冠狀病毒肺炎疫情席卷全球,全世界的能源面臨重大考驗:2021年,煤炭、天然氣等能源價格持續(xù)飆升,同年9月,我國遼寧、吉林、廣東等多個省份發(fā)出能源危機的通告,提出錯峰用電等限電措施。

為了緩解我國日益嚴峻的能源形勢,滿足國內(nèi)日益增長的電力需求,也為了碳中和目標的順利實現(xiàn),海上風電以其節(jié)能、環(huán)保、高效等得天獨厚的優(yōu)勢在新能源領(lǐng)域獲得了蓬勃發(fā)展。2021年1月,廣東省政府明確了2022年海上風電中央補貼取消后,為扶持海上風電發(fā)展,將在廣東省管轄海域?qū)?022年及2023年全容量并網(wǎng)海上風電項目進行補貼,補貼方式為"全容量并網(wǎng)、先到先得"。

筆者基于多個海上風電項目的建設經(jīng)驗,認為海上風電項目不同于傳統(tǒng)的核電、燃煤等陸上電力項目,海上升壓站作為海上風電場的"心臟",其安全、順利吊裝就位對項目并網(wǎng)發(fā)電具有舉足輕重的作用。本文首先介紹了傳統(tǒng)海上風電海上升壓站的構(gòu)造和組成,然后對海上升壓站上部組塊吊裝技術(shù)進行分析和探討,簡述吊裝過程中可能遇到的風險及應對措施,最后對本研究進行了簡要總結(jié),對行業(yè)發(fā)展前景及國家戰(zhàn)略政策進行了合理展望。

1海上風電場海上升壓站簡介

海上升壓站是海上風電場的心臟,采用上部組塊和下部基礎(chǔ)的布置模式,其結(jié)構(gòu)由樁基礎(chǔ)、導管架、上部組塊三部分組成。我國海上風電場海上升壓站上部組塊為鋼結(jié)構(gòu)平臺,共設置三層(含甲板層),平臺尺寸根據(jù)各風電場裝機容量不同,最終以施工圖為準。海上升壓站效果圖如圖1所示。

上部組塊各層設備布置簡要介紹如下:

一層布置樓梯、電纜穿越層,在靠近甲板邊緣處布置救生設備、事故油罐。

二層中間布置主變壓器、主變散熱器、低壓配電室、蓄電池室、GIS室、消防泵房、應急柴油機房等。

三層中間為主變壓器區(qū)域,一側(cè)布置二次設備間、暖通機房和電抗器室,另一側(cè)布置備用柴油機房、升壓變室和應急配電室。

屋頂層布置懸臂吊、空調(diào)室外機、直升機平臺等。

甲板層設有兩個通道通向登船平臺,可以通過救生艇等逃生,各層均設有兩部疏散樓梯,樓梯直接從海上升壓站頂層一直通到甲板層,寬度不小于1.10m,滿足疏散通道要求:開關(guān)柜室、二次設備間等主要防火區(qū)域均設有兩個出口,防火門均采用和墻相同的防火等級,所有防火門均向疏散方向開啟。圍護結(jié)構(gòu)按照不同防火分隔等級采用不同結(jié)構(gòu)及材料。

下部基礎(chǔ)在鋼結(jié)構(gòu)制作廠制作完成后,整體運輸至海上完成鋼管樁沉樁、導管架吊裝、灌漿等工作。

上部組塊在鋼結(jié)構(gòu)制作廠完成鋼結(jié)構(gòu)建造、設備安裝調(diào)試后,整體運輸至海上完成安裝工作。

2海上風電場海上升壓站上部組塊整體吊裝技術(shù)要點分析

海上升壓站上部組塊整體吊裝施工首先根據(jù)GPs拋錨定位,運輸船運輸海上升壓站上部組塊至海上風電場所在海域后拋錨定位,吊裝船和運輸船全部定位完成后,吊裝船吊裝海上升壓站上部組塊至導管架正上方,配合完成海上升壓站上部組塊安裝工作,最后進行海上升壓站與導管架連接皇冠板的焊接作業(yè),焊后對焊接區(qū)域進行涂裝保護。施工工藝流程如圖2所示。

2.1施工準備階段要點分析

(1)施工船舶的選型是海上升壓站能否順利吊裝的關(guān)鍵,在施工船舶進場前,應對船舶進場路線及施工水域進行考察,施工船舶應根據(jù)施工水域水深、潮汐等情況進行吃水校核,起重機械應根據(jù)海上升壓站總吊重進行起重能力分析,最終制訂船機設備使用的最優(yōu)方案。

(2)天氣形勢及其趨勢預測對于海上風電施工來說至關(guān)重要,在吊裝前應查詢國家海洋環(huán)境預報中心、windy查詢網(wǎng)等對施工水域的海洋氣象預報,準確掌握未來12h、24h、48h和72h的天氣預報,包括風速和風向、有效波/涌高、最大波/涌高、平均/最大周期、波/涌方向、能見度、氣溫等方面[3]。

(3)海上升壓站上部組塊出廠要求直接影響風電場并網(wǎng)發(fā)電,因此在出廠前應完成所有焊接、涂裝工作,非必要不得進行海上焊接和涂裝,以免因海洋氣候腐蝕影響施工質(zhì)量。

(4)海上升壓站上部組塊在基地碼頭總體拼裝前,必須確認上部組塊在碼頭的擺放方向、裝船方向、海上安裝方向等與導管架方向保持一致,裝船前需測量4個柱子樁頂水平度(控制在3%以內(nèi)),并準確稱重、做好記錄。

(5)上部組塊海上安裝前,施工單位應對已完成施工的下部結(jié)構(gòu)進行復測,確保導管架的平面位置和相對高差符合安裝要求。

(6)施工方應結(jié)合施工水域海纜敷設路由線路圖,繪制出船舶的?？?、拋錨布置圖,并在海纜處設置浮標以便海上施工辨認,施工時在周圍設置警戒船只、警戒區(qū)域。

2.2吊裝施工階段要點分析

(1)施工船和運輸船的精準定位是順利完成吊裝的決定性因素,應在船舶進場前對所涉及的錨點及停船位置海域的水深等進行復測。起重船拖航至離安裝位置附近300m位置后,起重船解拖,贈錨和艦錨就位,起重船定位完畢。隨后,運輸船定位在海上升壓站機位。吊裝時,運輸船船長方向與浮吊船船長方向均順流布置,海上升壓站導管架在運輸船一側(cè),起重船拋錨就位好,運輸船到達起重船船艦附近拋錨就位。

(2)海上吊索具與海上升壓站安裝操作過程中,涌浪一般應不大于0.8m,以便盡量減小浮吊和運輸船的升沉運動,以免影響索具安裝質(zhì)量。

(3)上部組塊起吊后,海上風浪流等環(huán)境因素影響較大,起吊后應進行吊裝觀察。按照技術(shù)規(guī)范書提出的吊裝時4個柱底部的水平和豎向加速度極限值,吊裝時應實時監(jiān)測水平和豎向加速度,當加速度超過設計值時應立即停止相關(guān)吊裝工作。

(4)上部組塊離開運輸船后,起重船通過起升調(diào)節(jié)臂架仰角將上部組塊吊裝至導管架上方,然后主鉤頭緩緩下降,上部模塊降至距離導管架上方1~2m時停下,通過纜風繩進行微調(diào)定位,使上部組塊下方4個立柱對準基礎(chǔ)樁插入。4根立柱定位,確認無誤后,緩緩降下鉤頭,4個立柱準確進入基礎(chǔ)樁內(nèi)。

(5)上部組塊安裝結(jié)束后,應使用水準儀對海上升壓站整體沉降進行定期觀測并形成觀察記錄,如發(fā)現(xiàn)總體沉降超出技術(shù)要求,應及時采取措施加以解決[4]。

3海上風電場海上升壓站上部組塊整體吊裝重大風險分析及應對

傳統(tǒng)海上風電場海上升壓站上部組塊整體吊裝時,總吊重通常達3000t及以上,因此海上吊裝屬于危大工程,極易發(fā)生海上大件吊裝事故。發(fā)生此類風險的原因主要是在大件吊裝過程中容易發(fā)生吊帶或鋼繩斷裂、吊耳損壞等情況,由此可能造成吊機傾斜甚至倒塌的風險,導致高空墜物,甚至出現(xiàn)人員高處墜落的人身傷亡事故。應對此類風險,作為施工方應在施工前編制專項施工方案,充分分析海況條件并選擇適宜的施工船舶,組織專家論證。在施工船進場后,開始施工前應由施工單位、監(jiān)理單位等對起重船舶及吊索具進行安全專項檢查,檢查其出廠合格證及有效期,檢查外觀質(zhì)量等。在施工時實時監(jiān)控吊裝環(huán)境因素,避免大風或大涌浪條件下施工,并做好施工警戒,避免非相關(guān)船舶進入施工現(xiàn)場,發(fā)生船舶碰撞,從而造成不可估量的損失。

此外,海上施工還可能發(fā)生人員落水的風險,嚴重時可能造成人員傷亡事故,作為海上風電場參建單位,應在出海碼頭和各類參建船舶上配備足額的救生設備,同時要求本單位出海人員必須穿戴救生衣。長期在海上作業(yè)的施工人員應經(jīng)過專業(yè)培訓,懂得基本的應急救援常識和自救措施,一旦發(fā)生落水事件可以盡最大可能保障生命安全。

4結(jié)語

"十三五"期間,近海海上風電項目穩(wěn)步發(fā)展,以"搶裝潮"為催化劑,深海項目已悄然孕育:"十四五"則提出了"海上風電＋海洋牧場"的大膽創(chuàng)想,將新能源產(chǎn)業(yè)和現(xiàn)代農(nóng)業(yè)跨界融合。伴隨產(chǎn)業(yè)鏈升級與多元化發(fā)展,海上風電迅猛發(fā)展必勢不可當。

本文分析了海上風電場海上升壓站吊裝技術(shù)、所面對的難題和應對策略,相比常規(guī)陸上電力項目的大件設備吊裝,海上吊裝最突出的問題是對海洋氣象環(huán)境依賴較大,危大工程作業(yè)具有極高的安全風險,一旦發(fā)生人員落水或船舶傾覆將造成難以估計的損失,因此在施工前應做好充足的施工準備,在施工過程中應實時關(guān)注氣象信息,嚴禁冒險作業(yè),各參建單位應始終將人民生命安全放在第一位。