珠海桂山200MW海上示范风电场运营维护船方案

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1、风电场 | Wind Farm62 风能 Wind Energy 珠海桂山200MW海上示范风电场运营维护船方案文 | 朱荣华，张亮，龙正如，向君，蒋荣晖海 上 风 电 场 设 计 寿 命 一 般 为 25年， 为 了 保 证 海 上 风 电 场 稳 定 运 行，必 须 对 风 电 机 组 进 行 运 行 检 测 与 日 常维 护。 在 运 维 过 程 中， 除 配 备 高 效 率、专 业 化 维 护 团 队 外， 设 计 符 合 当 地 海域、 海况的运营维护船（以下简称“运维船” ）也同样非常重要。风 电 场 运 营 维 护 船（ 以 下 简称“ 运 维 船 ” ） ， 英 文 Wind

2、Farm Service Vessel， 国 际 上 将 此 船 型 缩 写“WFSV” ， 主 要 用 于 运 输 维 护 人 员 及相 关 工 具 等， 以 便 进 行 风 电 机 组 的 日常维护。珠 海 桂 山 海 上 风 电 场 规 划 容 量 为200MW， 位 于 广 东 省 南 部， 与 西 北珠 海 海 岸 最 近 距 离 约 20km 25km，水深范围 6m 10m，为近海风电场 ；常 见 波 高 0.5m 1.5m， 最 大 波 高8.3m， 海 平 面 平 均 风 速 约 3m/s，50年一遇最大风速为 69.4m/s， 且处在台风 频 发 的 南 海 海 域， 受

3、台 风 影 响， 易产 生 灾 害 性 大 浪。 因 此， 必 须 结 合 其特 殊 的 海 上 气 象 条 件 和 水 文 环 境 设 计出 适 合 此 风 电 场 的 运 维 船， 以 确 保 运维 的安全性和便捷性。珠 海 海 上 气 候 环 境 多 变， 暴 雨、台 风、 巨 浪 等 恶 劣 气 候 频 发， 运 维 船需 具 有 在 恶 劣 气 候 条 件 下 工 作 的 能 力，并 能 确 保 海 上 作 业 人 员 及 设 备 的 安 全。当 海 上 风 电 机 组 出 现 故 障 时， 要 能 够在 第 一 时 间 内 将 技 术 人 员 运 抵 现 场 进行维护， 最大程度减

4、少停机时间。 因此，运 维 船 必 须 拥 有 较 高 的 航 度， 以 实 现海上风电场运维的快速反应。运维船种类及运维船对风电场的影响对 于 海 上 风 电 场 的 日 常 维 护 检 查工 作， 基 于 船 舶 的 接 近 技 术 是 目 前 较为 普 遍 采 取 的 方 式， 与 直 升 机 等 其 他方 式 相 比， 基 于 船 舶 的 方 式 更 经 济 和符 合 国 情。 目 前， 主 要 有 三 种 比 较 常见 船 舶 接 近 型 式， 包 括 非 接 触 型、 舷板型和直接接触型。本 文 重 点 介 绍 基 于 直 接 接 触 型 船舶 的 方 案。 近 岸 风 电 场 日

5、 常 维 护 通 常需 要 1 名 2 名 维 护 人 员 到 达 风 电 机组 现 场 进 行 检 查 和 清 洁， 由 于 需 要 携带 的 运 维 工 具 不 是 很 多， 因 此 可 以 使用 小 型 快 艇 作 为 运 维 船（ 见 图 1） 。 快艇 结 构 小 巧 灵 活， 行 驶 速 度 快， 适 合海 上 风 电 机 组 日 常 维 护 工 作。 对 于 运输 尺 寸 和 重 量 比 较 大 的 设 备， 则 需 载物 运 维 船 进 行 运 输（ 见 图 2） 。 在 运 维船 艉 部 甲 板 布 置 载 货 区， 用 于 堆 放 大件 设 备 和 运 维 工 具。 在 左

6、 舷 船 艉 上 布置 液 压 折 臂 吊 机， 用 于 设 备 的 码 头 装载， 可 不 必 借 助 陆 上 起 重 机 作 业， 实现自给。综 合 考 虑 经 济 性 、 安 全 性 及 目 前我 国 所 处 的 海 上 风 电 场 开 发 阶 段 等 因素 ， 通 过 调 研 国 外 风 电 运 维 船 产 品 ， 并结 合 我 国 目 前 的 实 际 情 况 ， 海 上 风 电场 运 维 船 参 数 要 求 大 致 如 下 ： （ 1） 双体 结 构 船 、 铝 制 或 玻 璃 钢 材 料 船 体 。 （ 2）航 速 在 25kn 30kn 之 间 。 （ 3） 船 艏或 船 艉 配

7、 备 一 个 液 压 伸 缩 克 令 吊 。 （ 4）抗 风 浪 一 般 考 虑 1.5m 2m 浪 高 。 （ 5）50% 80% 气 象 条 件 下 可 以 通 达 。 （ 6）靠 泊 方 式 ： 船 艏 顶 住 风 电 机 组 基 础 的图1 小型快艇运维船 图2 载物运维船（图片来自于Cwind） （图片来自于Marinelec technologies）ChaoXingWind Farm | 风电场2015年第05期 63 靠 船 桩 ， 在 风 浪 大 时 ， 主 机 不 能 停 机 ，船 艏 装 有 防 护 橡 胶 护 船 邦 ， 部 分 船 还 有旋 转 梯 用 于 同 行 。

8、 （ 7） 部 分 船 舶 配 有齿 轮 箱 油 的 补 充 系 统 专 用 装 置 。珠海风电场运维船运维特点珠海桂山海上风电场有 34 台风电机 组，29 台 明 阳 风 电 SCD3.0 两 叶 片抗 台 型 风 电 机 组， 正 常 运 行 每 年 需 要超 过 500 次 人 为 干 预， 约 3000 人 次的 登 机 处 理。 据 DNV 船 级 社 的 测 算，每 台 海 上 风 电 机 组 平 均 每 年 有 高 达 40次 停 机 故 障， 整 体 故 障 率 约 3%， 大 约每 20 台 海 上 风 电 机 组 就 需 要 一 艘 专 业的 运 维 船。 珠 海 风 电

9、 场 遇 到 的 困 难 有，珠 江 口 属 于 繁 忙 的 海 上 交 通 线， 通 航受 限， 通 达 一 般 选 择 在 白 天， 正 常 情况 综 合 珠 海 桂 山 海 上 风 电 场 的 海 况、气 象 条 件 及 维 护 要 求， 选 择 直 接 接 触型 船 舶 的 运 维 船 方 案 是 一 个 比 较 现 实可行并且经济的技术方案。一、船型选择海 上 风 电 场 运 维 船 可 采 用 的 船 型有 单 体 船、 双 体 船 和 三 体 船。 单 体 船特 点 有 结 构 重 量 轻、 速 度 快、 吃 水 可控 制 的 更 小、 建 造 成 本 相 对 低。 但 是带 来

10、 的 甲 板 作 业 面 积 小， 不 利 于 布 设克 伦 吊， 也 不 利 于 顶 部 靠 泊 风 电 机 组，船 体 窄， 运 输 能 力 有 限， 珠 江 水 系 又处 于 河 口， 耐 波 性 不 好， 乘 员 会 感 觉颠 簸 不 适， 空 间 狭 小， 生 活 设 施 配 备不 利， 一 般 适 合 有 效 浪 高 在 1m 以 下的 场 合 ； 双 体 船 吃 水 浅， 甲 板 面 积 大，布 置 宽 敞， 稳 性 好， 具 有 较 高 的 航 速，能 承 受 较 大 的 风 浪， 保 证 海 上 作 业 时人 员 的 安 全， 同 时 双 体 船 具 有 良 好 的操 纵 性

11、、 使 用 可 靠、 维 修 方 便 等 优 点，这 样 的 船 体 形 式， 无 论 在 船 舶 静 止 或处 于 海 中 的 航 行 状 态， 都 可 确 保 较 小的 移 动 幅 度 ； 三 体 船 有 三 个 片 体 组 成，中 间 为 主 船 体， 尺 度 约 占 排 水 体 积 的80% 90%， 主 要 特 点 是 中 高 速 阻 力性 能 优 于 单 体 船 和 双 体 船， 适 航 性 优于 单 体 船， 甲 板 面 积 更 宽， 缺 点 是 结构 复 杂、 重 量 较 大、 操 纵 性 能 稍 差，监 造、 下 水、 锚 泊 和 进 坞 都 比 较 苦 难，只 有 极 少

12、数 的 运 维 船 采 用 此 船 型。 按照 上 述 特 点， 珠 海 桂 山 海 上 风 电 场 选用 双 体 船 可 以 满 足 作 业 甲 板 面 积 大、艏 部 靠 泊 方 便、 操 控 耐 浪 的 要 求。 运维 船 的 抗 风 浪 能 力 越 强， 风 电 场 的 可达性越高。珠 海 桂 山 海 上 风 电 场 运 维 船 采 用双 体 船 设 计（ 如 图 3 所 示 ） ， 下 部 由 两个 瘦 长 的 单 船 体 组 成， 上 部 用 甲 板 桥连 接， 船 体 内 设 置 动 力 装 置、 发 电 机等 设 备， 甲 板 上 部 安 置 上 层 建 筑， 内设 客 舱 及

13、 配 套 生 活 设 施 等。 双 体 船 把单 一 船 体 分 成 两 个 单 体， 每 个 单 体 与同 等 大 小 的 单 体 船 相 比 更 瘦 长， 从 而减 小 了 水 波 阻 力， 可 使 其 拥 有 更 高 的航 速（ 约 为 20kn/h） ， 从 珠 海 港 码 头到桂山岛海上风电场 1h 内能够到达。二、船体材质目 前 国 外 运 维 船 船 体 常 用 材 质 为玻 璃 钢（FRP） 和 铝 合 金， 或 者 刚 柔充 气 艇（RIB） 。RIB 是 一 种 复 合 材 质艇 型， 但 是 充 气 护 舷 的 寿 命 较 短， 且易 被 尖 物 损 坏， 玻 璃 钢 船

14、 使 用 寿 命 为10 年， 铝 合 金 船 使 用 寿 命 为 20 年，综 合 考 虑 船 体 性 能 和 建 造 成 本， 船 体可 以 采 用 钢 质 或 者 铝 合 金 材 料， 上 层建 筑 采 用 玻 璃 钢 的 复 合 型 船。 目 前 传统 玻 璃 钢 结 构 存 在 刚 性 不 足、 强 度 有余 的 特 点， 以 及 其 高 昂 的 开 模 成 本，是 其 制 约 因 素。 针 对 珠 海 桂 山 海 上 气象 条 件 和 水 文 环 境， 其 运 维 船 船 体 及甲 板 室 均 采 用 钢 质。 钢 材 硬 度 高、 比重 大、 加 工 性 能 好， 可 满 足 运

15、 维 船 的强 度 和 刚 度 要 求， 能 承 载 海 上 风 浪 载荷 冲 击。 与 钢 材 相 比 玻 璃 钢 的 刚 度 和强 度 较 低， 在 船 体 结 构 中 刚 性 不 足 容易 变 形， 珠 海 桂 山 海 上 风 电 场 常 见 波高 0.5m 1.5m， 最大波高 8.3m， 玻璃 钢 运 维 船 难 以 承 载 此 风 电 场 海 上 波浪 的 冲 击。 铝 合 金 是 脆 硬 性 材 料， 韧性 差， 弹 性 模 量 只 有 钢 材 的 1/3， 硬 度低、 冲击性能差， 而且铝合金造价高昂，同 等 重 量 的 铝 合 金 价 格 约 为 钢 材 的 3倍 4 倍。

16、船 体 材 质 按 照 密 度 玻 璃 钢（1.8g/cm3） 、 铝 合 金（2.7g/cm3） 、 钢质 （7.8g/cm3） 而强度正好相反， 因此，铝 合 金 和 玻 璃 钢 均 不 宜 作 为 珠 海 桂 山图3 双体船结构设计ChaoXing风电场 | Wind Farm64 风能 Wind Energy 海 上 风 电 场 运 维 船 船 体 材 质， 钢 材 将是 最 优 选 择。 为 了 保 证 风 电 机 组 基 础靠 泊 的 冲 撞 强 度， 避 免 船 体 结 构 的 重量 增 加， 最 终 选 择 钢 质 船 体 加 玻 璃 钢居住区的方案。三、主尺度选择运 维 船 船 宽 尽 量 满 足 甲 板 空 间 最大 和 综 合 航 道 经 验 数 据 最 大 的 需 求，船 宽 控 制 在 5m 6m 以 内， 船 长 综合 考 虑 航 速、 设 备 和 舱 室 布 置 及 造 价等 多 种 因 素， 确 定 长