“第四代＋”海上風電施工平臺“港航平5”。受訪單位供圖

6兆瓦、18兆瓦、26兆瓦……這組數(shù)字記錄了我國海上風電單機裝機容量在3年中的跳躍式發(fā)展。隨著我國海上風電向深水遠岸發(fā)展戰(zhàn)略推進，2022年以后，我國正式從“近海小風機”時代跨入“深遠海大風機”時代。在這一背景下，海上施工難度提高，高效、多功能的風電安裝船應運而生。

近日，我國新一代海工裝備“重器”——“第四代＋”海上風電施工平臺“港航平5”，在青島海西重機碼頭交付。該平臺由天津港集團下屬天津港航工程有限公司（以下簡稱“天津港航”）投建，是目前國內(nèi)起升高度最高、綜合起重能力最強、升降樁腿最長的自航自升式海上風電安裝平臺。它的建成為我國海上風電向深遠海進軍提供了可借鑒的解決方案。

機組大型化步伐加快

海上風電作為一種清潔可再生能源，其發(fā)展有助于減少對化石燃料的依賴，促進能源結構向更加清潔、低碳的方向轉變。在國家“雙碳”目標和海洋強國戰(zhàn)略指引下，大力發(fā)展海上風電意義重大。

截至2024年3月底，我國海上風電累計并網(wǎng)容量約38吉瓦（GW），但按照“十四五”最新規(guī)劃，目前還有280GW待開發(fā)。

“因環(huán)境、安全等因素，我國主流的風電機組集中安裝在水深50米的近海海域。經(jīng)過10多年發(fā)展，這一區(qū)域空間接近飽和。”天津港航科信部副經(jīng)理陳志堅介紹，從世界海上風電建設與規(guī)劃來看，離岸距離大于100千米、水深超過50米的深遠海域可開發(fā)范圍更廣，風能資源更加豐富。海上風電產(chǎn)業(yè)逐漸向深遠海挺進。

為了降本增效，實現(xiàn)海上風電平價上網(wǎng)，風機廠家也加快了機組大型化步伐。

“幾乎每隔兩個月就會出現(xiàn)裝機容量更大的風機。”陳志堅說，同樣安裝一組風機，如果裝機容量是4兆瓦，風機轉一圈，只能發(fā)電不到4度。而目前已公開的世界上最大26兆瓦海上風機，轉一圈能發(fā)電50度左右。

追求大裝機容量，必然導致風機尺寸不斷增加。以前海上風機高度一般不會超過150米，但像26兆瓦海上風機，葉片長度就已達到151米，輪轂中心高度更是超過185米。

“未來高度超過180米的超大裝機容量的海上風機將成為行業(yè)主流。”天津港航黨委副書記、總經(jīng)理丁文智認為。

除了風機大型化帶來的運輸、安裝方面的難題外，深遠海施工也面臨諸多挑戰(zhàn)。

“離岸距離遠，作業(yè)窗口期短，施工效率低，安全風險高。”陳志堅說，新一批已規(guī)劃風電場平均離岸距離達到50公里，最遠達到了150公里。這里風浪條件更加惡劣，且離岸距離遠，交通不便，人員和設備可達性差。

自航自升式風電安裝船，具有船機投入數(shù)量少，安全、高效的優(yōu)點，特別適合深遠海風電施工。目前，歐洲海上風電項目普遍采用這種安裝船完成風機運輸和安裝。設計制造出我國新一代自航自升式風電安裝船勢在必行。

量身打造施工平臺

與普通輪船相比，“港航平5”擁有更為寬闊的甲板，船身兩側設置了一高一矮兩臺吊機。4根約40層樓高的鐵架子高高聳立在平臺的四角。

“‘港航平5’的每一個設計，幾乎都是為深遠海海上風電機組運輸、安裝施工量身定制的。”天津港航船舶分公司主任工程師李學功說。

近年來，天津港航承建了國內(nèi)近三分之一的海上風電項目，足跡遍布津冀魯浙閩粵等我國沿海地區(qū)，積累了大量且豐富的施工經(jīng)驗。

為了適應深水區(qū)域海底復雜的地質(zhì)條件，與以往圓柱形樁腿不同，“港航平5”的樁腿被設計成桁架式結構，并且采用特種鋼板，增加樁腿的強度。此外，研發(fā)團隊還提升了樁腿的長度，增加了樁靴的面積。這些設計保證了平臺作業(yè)時，樁腿可以穩(wěn)穩(wěn)地站在海床上。

“‘港航平5’的樁腿設計，可滿足水深70米以上深海作業(yè)，而且甲板以上起升高度可達到168米。”李學功介紹，在深遠海施工，分秒必爭。為了提升甲板升起的效率，建設者為樁腿安裝了齒輪齒條式升降系統(tǒng)。這種設計較傳統(tǒng)的液壓插拔銷形式升降系統(tǒng)，效率提升4倍以上。

“為了能吊起風機這個龐然大物，‘港航平5’長135米、寬50米，最大起重能力1800噸。”天津港航監(jiān)造項目組副主任工程師芮志國介紹，“港航平5”設置了主副兩臺吊機，主鉤能吊重1800噸，主吊機甲板以上起升高度168米，在副吊機的配合下，主吊機距離海面最大吊高距離將超過200米，可以滿足未來更大風車的安裝需要。

為了提高施工效率和增強安全性，“港航平5”搭載了智能船舶系統(tǒng)。船舶配置的DP2動力定位系統(tǒng)，可克服風浪流等復雜海況影響，大幅縮短船舶在風場之間移動駐位的時間。同時，憑借先進的智慧船舶系統(tǒng)，“港航平5”具備航路與航速設計和優(yōu)化功能、智能能效管理功能及智能集成平臺功能，可實現(xiàn)對船舶的全面監(jiān)控與智能化管理，搭載的風光互補綠能系統(tǒng)可為平臺提供充足的生活用電。

“‘港航平5’投入使用之后，將使風機安裝效率較上一代平臺提升約20％。”天津港航船舶分公司常務副經(jīng)理劉家軍說。

目前，“港航平5”已經(jīng)奔赴我國南海深遠海水域的風電機組安裝項目。天津港航也將繼續(xù)積極探索海上風電領域新技術、新工藝、新結構、新裝備研發(fā)，為推動我國海上風電產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展貢獻智慧和力量。