海上風(fēng)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(fēng)電建設(shè)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(zhǔn)的集中式陸上風(fēng)電項目和海上風(fēng)電項目應(yīng)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(jī)的通告,提出錯峰用電等限電措施。

為了緩解我國日益嚴(yán)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(biāo)的順利實現(xiàn),海上風(fēng)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(fēng)電中央補(bǔ)貼取消后,為扶持海上風(fēng)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(fēng)電項目進(jìn)行補(bǔ)貼,補(bǔ)貼方式為"全容量并網(wǎng)、先到先得"。

筆者基于多個海上風(fēng)電項目的建設(shè)經(jīng)驗,認(rèn)為海上風(fēng)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(fēng)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(fēng)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(jìn)行分析和探討,簡述吊裝過程中可能遇到的風(fēng)險及應(yīng)對措施,最后對本研究進(jìn)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(jìn)行了合理展望。

1海上風(fēng)電場海上升壓站簡介

海上升壓站是海上風(fēng)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(dǎo)管架、上部組塊三部分組成。我國海上風(fēng)電場海上升壓站上部組塊為鋼結(jié)構(gòu)平臺,共設(shè)置三層(含甲板層),平臺尺寸根據(jù)各風(fēng)電場裝機(jī)容量不同,最終以施工圖為準(zhǔn)。海上升壓站效果圖如圖1所示。

上部組塊各層設(shè)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(shè)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(yīng)急柴油機(jī)房等。

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

屋頂層布置懸臂吊、空調(diào)室外機(jī)、直升機(jī)平臺等。

甲板層設(shè)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(shè)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(shè)備間等主要防火區(qū)域均設(shè)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(hù)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(yùn)輸至海上完成鋼管樁沉樁、導(dǎo)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(shè)備安裝調(diào)試后,整體運(yùn)輸至海上完成安裝工作。

2海上風(fēng)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(yùn)輸船運(yùn)輸海上升壓站上部組塊至海上風(fēng)電場所在海域后拋錨定位,吊裝船和運(yùn)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(dǎo)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(jìn)行海上升壓站與導(dǎo)管架連接皇冠板的焊接作業(yè),焊后對焊接區(qū)域進(jìn)行涂裝保護(hù)。施工工藝流程如圖2所示。

2.1施工準(zhǔn)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(jìn)場前,應(yīng)對船舶進(jìn)場路線及施工水域進(jìn)行考察,施工船舶應(yīng)根據(jù)施工水域水深、潮汐等情況進(jìn)行吃水校核,起重機(jī)械應(yīng)根據(jù)海上升壓站總吊重進(jìn)行起重能力分析,最終制訂船機(jī)設(shè)備使用的最優(yōu)方案。

(2)天氣形勢及其趨勢預(yù)測對于海上風(fēng)電施工來說至關(guān)重要,在吊裝前應(yīng)查詢國家海洋環(huán)境預(yù)報中心、windy查詢網(wǎng)等對施工水域的海洋氣象預(yù)報,準(zhǔn)確掌握未來12h、24h、48h和72h的天氣預(yù)報,包括風(fēng)速和風(fēng)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(fēng)電場并網(wǎng)發(fā)電,因此在出廠前應(yīng)完成所有焊接、涂裝工作,非必要不得進(jìn)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(rèn)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(dǎo)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(zhǔn)確稱重、做好記錄。

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

(6)施工方應(yīng)結(jié)合施工水域海纜敷設(shè)路由線路圖,繪制出船舶的?？?、拋錨布置圖,并在海纜處設(shè)置浮標(biāo)以便海上施工辨認(rèn),施工時在周圍設(shè)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(yùn)輸船的精準(zhǔn)定位是順利完成吊裝的決定性因素,應(yīng)在船舶進(jìn)場前對所涉及的錨點及停船位置海域的水深等進(jìn)行復(fù)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(yùn)輸船定位在海上升壓站機(jī)位。吊裝時,運(yùn)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(dǎo)管架在運(yùn)輸船一側(cè),起重船拋錨就位好,運(yùn)輸船到達(dá)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(yīng)不大于0.8m,以便盡量減小浮吊和運(yùn)輸船的升沉運(yùn)動,以免影響索具安裝質(zhì)量。

(3)上部組塊起吊后,海上風(fēng)浪流等環(huán)境因素影響較大,起吊后應(yīng)進(jìn)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(yīng)實時監(jiān)測水平和豎向加速度,當(dāng)加速度超過設(shè)計值時應(yīng)立即停止相關(guān)吊裝工作。

(4)上部組塊離開運(yùn)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(dǎo)管架上方,然后主鉤頭緩緩下降,上部模塊降至距離導(dǎo)管架上方1~2m時停下,通過纜風(fēng)繩進(jìn)行微調(diào)定位,使上部組塊下方4個立柱對準(zhǔn)基礎(chǔ)樁插入。4根立柱定位,確認(rèn)無誤后,緩緩降下鉤頭,4個立柱準(zhǔn)確進(jìn)入基礎(chǔ)樁內(nèi)。

(5)上部組塊安裝結(jié)束后,應(yīng)使用水準(zhǔn)儀對海上升壓站整體沉降進(jìn)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(yīng)及時采取措施加以解決[4]。

3海上風(fēng)電場海上升壓站上部組塊整體吊裝重大風(fēng)險分析及應(yīng)對

傳統(tǒng)海上風(fēng)電場海上升壓站上部組塊整體吊裝時,總吊重通常達(dá)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(fēng)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(jī)傾斜甚至倒塌的風(fēng)險,導(dǎo)致高空墜物,甚至出現(xiàn)人員高處墜落的人身傷亡事故。應(yīng)對此類風(fēng)險,作為施工方應(yīng)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(jìn)場后,開始施工前應(yīng)由施工單位、監(jiān)理單位等對起重船舶及吊索具進(jìn)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(fēng)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(jìn)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(fēng)險,嚴(yán)重時可能造成人員傷亡事故,作為海上風(fēng)電場參建單位,應(yīng)在出海碼頭和各類參建船舶上配備足額的救生設(shè)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(yīng)經(jīng)過專業(yè)培訓(xùn),懂得基本的應(yīng)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(fēng)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(fēng)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(fēng)電迅猛發(fā)展必勢不可當(dāng)。

本文分析了海上風(fēng)電場海上升壓站吊裝技術(shù)、所面對的難題和應(yīng)對策略,相比常規(guī)陸上電力項目的大件設(shè)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(fēng)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(yīng)做好充足的施工準(zhǔn)備,在施工過程中應(yīng)實時關(guān)注氣象信息,嚴(yán)禁冒險作業(yè),各參建單位應(yīng)始終將人民生命安全放在第一位。