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1、丘陵及沿海风电工程大型起重机械配置及优化童文斌， 修春松， 程建棠(浙江省火电建设公司,杭州 310016)摘 要：通过对风力发电基本状况、技术发展新趋势、主要施工特点及应用于风电安装的主要施工机械的介绍，讨论了风机现场安装大型起重机械配置及其优化。关键词：丘陵； 沿海； 风力发电； 起重机械配置； 优化1 引言风力发电是当前技术最成熟，最具规模开发和商业发展前景的新能源之一，在近年来国家政策的大力支持下得到了迅速的发展。世界风能协会（WWEA）新发布的2008年世界风电报告中中国大陆风电装机总容量已超过1200万千瓦，同比增长106.5%，成为继保加利亚外全球增长速度最快的国家。中国风电场在
2、地理上主要分布在东北、华北、西北地区及东南沿海及其附近岛屿，戈壁荒漠、草原地区、沿海滩涂、潮间带、海岛及山地丘陵等是风机布置比较典型的区域。浙江火电建设公司近年来参与了多个丘陵、沿海及海岛风电场的建设，取得了一些经验。下面结合多年来风电施工经验，根据目前风电技术呈现的一些新趋势及常用于风电施工的大型起重机械，对丘陵及沿海风电工程施工环境分析下大型起重机械的配置及其优化问题进行探讨。2 风电技术发展新趋势及主要施工特点2.1风电技术发展新趋势 现代风力发电技术的不断发展日趋成熟，风机制造技术正呈现一些新的发展趋势，其中之一就是单机大容量化，巨型风机相继出现。2002年由德国Enercon公司生产
3、的E-112型风机即为当时已安装的最大样机，该样机额定功率达到4.5MW。目前，2.0-3.0MW的风机成为欧美发达国家主流机型。近年来，欧洲面对陆地风能资源紧张的形势，在对近海及海上风能资源的开发中进一步加快了大容量风电机组的发展，REPOWER SYSTEMS、AG等公司5MW风电机组也已推出。被称为风电产业发展“方向中的方向”的海上风电场因不占用土地及海上风力资源丰富特点日益受到各国的关注，一批超大型风机相继在海上风电场投用。兆瓦级风电机组也已成为国内风电市场中的主流机型，1.5兆瓦机型在新开工项目中已占主导地位，如江苏如东（二期100台1.5MW机型）、启东（128台1.5MW机型）、
4、江苏东台（134台1.5MW机型）、江苏大丰(94台1.5MW机型)、吉林通榆(67台1.5MW机型)等风电场，各主要国内厂家也均有开发2MW、3 MW及以上风机的计划。随着2007年12月东海大桥风电场规划建设34台单机容量3MW项目启动，标志着海上风电也正式起步。机组单机容量的加大，设备组件的重量、就位高度也相应增大。以往安装的750KW风机设备中最重件机舱重量一般2325t左右、轮毂高50m左右。以目前大规模使用的1.5MW风机为例，机舱重量一般在5260t之间，塔架高度在6582m之间；公司刚安装完成的沿海某大型风电场2MW风机，轮毂标高达到90m，机舱重量达80t。国外已大量安装的3
5、MW风机，机舱重为115t，塔架高度在70m90m之间，5MW风机机舱重量290t，轮毂与机舱长度24 m，塔架高度80 m90 m。如此高度与重量的设备，对风机设备吊装配合用起重机械起升高度、起重量提出了更高要求。2.2 主要施工特点风电场风机点多且分布散。以1.5MW机型为例，同排风机机位与机位之间的距离一般在500-700米左右，个别在山区丘陵的1.5MW风机机位甚至长达1.5公里。风电场施工过程配合起重机械在一台风机安装完成后必须通过长距离移位乃至拆装方可进行下一台风机的施工。公司承建的浙江苍南鹤顶山风电场分布于海拔650700 m山顶、括苍山风电场3分场则位于海拔12501350m的
6、山顶或山脊上，每台施工均需要较长距离崎岖山路转场；正在施工的某大型沿海风电场，170余台风机均分布在沿海滩涂及鱼塘内，吊装转场更是需要方圆几公里。风电场厂址本身对风力资源的要求从而吊机将较长时间必须处在较大风力环境下作业或停置，这样对起重机械本身及机械大风应急处理提出了更高的要求。现场施工还存在着季节性、间歇性的特点。考虑到大风甚至台风及雨季，有效施工期并非长时间连续性，对叶轮受风面积大的设备吊装还需侯风进行。3 常见用于风电机组安装的起重机械 常用于风电工程施工的大型起重机械主要有汽车起重机（包括大吨位的全地面起重机）、履带式起重机和近年来发展起来的风机安装专用起重机。3.1 汽车式起重机作
7、为移动式起重机，由于其不用拆装（对安装中占主流的大吨位全地面起重机转移配重需拆装但可实现自吊且无需其他配合机械）、机动灵活、行驶速度高、转场速度快的特点，在风电场过程施工十分常见，无论作为主力机械还是配合机械已成为施工必备的起重机械之一。对于高山风电场，考虑山路进场道路崎岖及运输的成本，汽车起重机特别是大吨位全地面汽车起重机其优良的山地行驶及爬坡性能，已成为安装主力机械及配合机械的最佳选择。3.2大型风电场及大机型风机在国内不断开发投用的今天，履带式起重机在其中占据着主导地位。履带式起重机履带板对地要求相对较低，通过铺设钢板、路基板等方式可在不平坦的松软地面行驶和工作，同时大型履带式起重机也有
8、效解决了大型风机部件就位高度及设备重量大的问题。3.3随着风电市场开发的不断深入，一些专为风电吊装设计的新型起重机应运而生。国外知名的起重机械厂商相继推出此类专用机型，如英国WELDEX租赁公司的窄轨距履带起重机，格鲁夫转为风机安装开发的GTK1100新型塔式起重机（120m高度起重量达到70t，最大起升高度达到140m），Liebherr公司也推出了窄轨距的LR1400/2-W型（400t）、LTM变幅桁架系列如： LTM1400-7.1（400t）、LTM 1500-8.1（500t，可带超起及副臂桁架，起升高度达到145m）及最新推出的伸缩臂履带式起重机LTR11200（综合了LTM 1
9、1200-9.1全路面起重机及窄轨距履带设计）；Demag公司推出了窄轨距的CC2800-1NT型600t产品；Manitowoc公司推出了16000型带小副臂的400t履带起重机。国内一些主要起重机械厂商根据国内风电发展现状及趋势,也已推出或正在研制相关产品，如三一科技已推出的1.5MW机组安装专用机SCC2800SW(全工况窄轨距移位同时实现重心动态调整)及将要推出的650t风电安装专用履带吊及中昇建机已推出的为1.5MW机型安装专门设计的ZSTL1350轮胎行走式起重机。4 大型起重机械配置及优化 现场施工环境及现有起重机械资源显然是选择风机安装配合大型起重机械的重要因素。下面就以山地丘
10、陵及沿海滩涂施工环境下风机安装为例，对大型起重机械配置及优化做一分析。4.1 公司近期安装完成的温州洞头风电场风机位于洞头县北岙镇（群）山上，工程区略呈三条线状，从公路到各风机安装场地新建道路,路面宽度为4.5m,泥结碎石路面。该机组轮毂高度50m，最重件机舱(含发电机及排气罩和气象架)重23.5t，选择风机设备的吊装配合机械为：一台LTM1300全地面汽车起重机（下称：300t汽车吊）作为主力起重机械, 一台50t；汽车起重机作为辅助吊机，其中300t汽车吊机臂长60m，12米幅度允许吊重30.5t，起升高度59.2m，满足塔架、主机、及叶片的吊装起重量及高度的要求；50t汽车吊作为辅助吊车
11、，负责塔架的抬吊卸车、吊装翻身及叶片组件的组合及其翻身吊装配合等。在上述地处山地丘陵区域风电场风机安装中，由于地势高、各台风机分布分散，进场道路崎岖、转场成本等多重因素影响，传统汽车起重机尤其是全地面汽车起重机良好的山地行驶及爬坡性能往往成了设备吊装配合机械的最佳选择，履带式起重机在此类风电场中适用性较差，除非无合适移动式起重机一般使用较少。4.2 国内某大型沿海风电场选址在当地风力资源丰富的沿海滩涂上，现场地势低洼，季风盛行。该工程项目大部分风机位于土海堤外植被发育的滩涂上，少部分位于土海堤与永久海堤公路之间的鱼塘内，滩涂区受潮汐影响大，以1.5MW机型为例，风机横纵向间隔400-500m，
12、一百多台风机分布几个区块，延绵几公里。 750KW风机基础环11.36t，塔架下段（最重段）重31.8t，机舱含发动机重22.5t，发电机中心标高60m。风机基础包括基础环预埋、混凝土保养有相对固定的一个施工周期，由于设备吊装（特殊天气因素无法施工除外）一般1.5天左右可完成，基础安装可利用小吨位汽车吊配合施工先铺开，一定数量的基础环安装后大型机械可安排进场安装，最大程度避免出现大型机械频繁间歇性闲置等问题。考虑到气候及潮汐对施工工期的影响较大，为加快施工进度，基坑采用了大开挖方式，开挖直径14.5m同时对吊机停放区进行加固维护，选择了P&H790型汽车起重机主臂30.48m工况作为基础环及接
13、下来的塔架下段的吊装配合吊机。安装大工作量上来后，安排150t履带式起重机负责除塔架下段外以上部分的吊装，50汽车吊则负责塔架、叶片卸车、翻身等配合工作。这样，统一了基础环预埋与主体设备安装不同进度的问题，也节省了一定的大型吊机费用。1500KW机组风机发电机与机舱分开，其中发电机重45t、机舱重11.8t，安装过程中使用了400t履带式起重机作为安装主力吊机，50t汽车吊则作为配合机械。400t履带吊HJ86m混合主臂22m吊装幅度时额定起重量为56t，在吊装塔架上部最重件发电机时吊机负载率为84.5%，吊装过程吊机臂架与机舱有足够安全距离。当然，也可选择部分500t全地面起重机作为主安装吊
14、机，如DEMAG AC500-2型全地面起重机（该机型WIHI 47.2+4+30m工况（主臂角HA83）22m幅度时额定起重量为55.1t，符合吊装要求，或Liebherr的LTM1500-8.1（该500t汽车吊84m臂机型TY3N工况，57.7+4+21m，主臂角83度，20m幅度额定起重量53t）。这里还涉及到就是塔架、叶片等组件到现场后的卸车起重机械的选择问题。考虑到风机点多且分布散，为尽量减少设备的二次倒运，设备到现场后一般都会直接放置到安装现场，可以选择160t-200t汽车吊作为各点卸车如同时兼顾基础环吊装用可选择200t汽车起重机。在该风电场新安装的首台2MW风机样机，轮毂中
15、心标高90m，机舱重量85t，叶轮直径93m、重45t。实际选择了1台630t履带吊作为主力吊机，吊机采用LJD塔式工况(L：73m，J：36m，不带超起)，吊机在22m幅度时额定起重量为115.5t，机舱就位时对应臂架中心与机舱中心理论间距7.4m，顺利完成了机舱主体的吊装。履带式起重机带超起工况下吊机可选小些，如江苏如东安装的2MW风机（机舱90t，高度79m）选用了SCC4000主臂96m带超起工况，24m幅度额定起重量114t，顺利完成了机舱的就位安装，带超起工况考虑到超起配重的拆装及场地因素，如风机数量多转移起来并不是很方便。当然2台400t塔式工况抬吊方式吊装机舱还是可行的，但实际
16、施工中应用不多。可以看到，2MW风机安装通常需选择600t及以上履带式起重机作为主力吊机，从几大制造厂家还了解到后期部分2MW机组风机设计也会从设备重量、高度出发适当考虑降低大型起重机械的配置问题。4.3 除上述介绍的安装常规主力施工机械外，前面提到的一些风机安装专用吊机也逐渐应用到实际安装工程中。国内的如内蒙古察右中旗风电项目安装过程中应用了中昇建机推出的ZSTL1350轮胎行走式起重机（1.5MW机型安装专用机）；三一科技的SCC2800SW(1.5MW专用机)也在新疆等风电项目中投用。随着风电市场的不断深入发展，风机安装专用机型由于其在起升高度、对现场道路适应程度方面有着独特的优势，同时其的起重量也不小，同样也将占一席之地。5 结束语通过上面对山地丘陵、沿海风电场安装用施工机械配置的介绍与分析，可以看到不同的施工环境下施工机械的配置往往不同，只有从现场实际出发综合考虑施工环
