高永生

（天津港航工程有限公司，天津 300457）

1 應(yīng)用市場(chǎng)概要分析

有關(guān)海上風(fēng)電市場(chǎng)分析方面的論文資料很多，在此不做過多復(fù)述，但以下幾方面的因素，對(duì)平臺(tái)船的經(jīng)濟(jì)技術(shù)定位比較敏感，我們進(jìn)行了分析。

1.1 海上風(fēng)電單機(jī)容量

目前國(guó)內(nèi)風(fēng)機(jī)都是“橫軸式”機(jī)組（水平軸），單機(jī)容量有向大型化發(fā)展的趨勢(shì)，但是否會(huì)形成今后的主流，需要由市場(chǎng)規(guī)則確定，實(shí)驗(yàn)性項(xiàng)目和市場(chǎng)化運(yùn)作有很大的差異，目前市場(chǎng)規(guī)則是并網(wǎng)電價(jià)0.75 元和0.85 元，主流風(fēng)機(jī)的規(guī)格以及綜合成本需要順應(yīng)這個(gè)市場(chǎng)，否則就沒有前景和生命力，我們定位是充分考慮我國(guó)的實(shí)際情況，兼顧考慮了國(guó)外的經(jīng)驗(yàn)，按照海上風(fēng)電市場(chǎng)必然朝著降低綜合成本方向發(fā)展的思路，分析國(guó)內(nèi)海上風(fēng)電主流也應(yīng)該是8MW 以下的風(fēng)機(jī)，所以平臺(tái)船主要指標(biāo)定位是滿足8MW 全工藝施工需求稍有冗余即可，這樣可以滿足國(guó)內(nèi)海上風(fēng)電絕大部分施工需求，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，研究施工工藝，以獲得好的性價(jià)比，順應(yīng)市場(chǎng)降低綜合成本的發(fā)展趨勢(shì)。

1.2 風(fēng)機(jī)安裝高度與吊機(jī)吊高

吊機(jī)吊高這個(gè)指標(biāo)確定，與吊機(jī)價(jià)格有直接關(guān)系，滿足風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)施工要求即可，風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)軸高度主要考慮風(fēng)力效能和風(fēng)葉離水凈高度兩個(gè)主要因素，通過這兩個(gè)主要因素的優(yōu)化確定“軸高度”，目前國(guó)內(nèi)海上風(fēng)機(jī)軸高度多數(shù)在80～100m，再加上風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)高度以及工裝高度推算出吊機(jī)吊高指標(biāo)，目前國(guó)內(nèi)比較認(rèn)可的吊機(jī)吊高參數(shù)為“甲板以上有效吊高≥110m”，這個(gè)指標(biāo)是平臺(tái)船優(yōu)化設(shè)計(jì)的關(guān)鍵指標(biāo)之一，我們認(rèn)為110m 比較合理。

1.3 風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)形式

目前國(guó)內(nèi)海上風(fēng)電基礎(chǔ)主要有“單樁”和“群樁”兩種形式（其他基礎(chǔ)形式在此不做分析），單樁基礎(chǔ)具有重量大施工要求高的特點(diǎn)，平臺(tái)船針對(duì)單樁基礎(chǔ)施工，充分考慮兼有打樁功能是必要的，但打樁需要的起重能力對(duì)于控制建造成本也很敏感，需要綜合考慮確定，我們確定主鉤的吊重能力1200t，是基于8MW 風(fēng)機(jī)以及對(duì)應(yīng)的單樁施工需求。

1.4 設(shè)計(jì)水深

有關(guān)資料介紹，我國(guó)海上風(fēng)電主要在水深30m 左右沿海，實(shí)際中有些項(xiàng)目水深達(dá)到40m 左右，平臺(tái)船作業(yè)水深和建造成本有直接關(guān)系，水深越深，成本越高，這一點(diǎn)上，我們認(rèn)為，風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)水深最終也要由市場(chǎng)規(guī)則決定，平臺(tái)船作業(yè)水深也是一樣，作業(yè)水深越大，造價(jià)越高，經(jīng)過分析，認(rèn)為平臺(tái)船作業(yè)水深滿足40m 基本可以適應(yīng)我國(guó)海上風(fēng)電市場(chǎng)。另外，根據(jù)國(guó)內(nèi)沿海地質(zhì)情況，我們認(rèn)為樁腿長(zhǎng)度可以按照平均入泥深度8m 考慮，這樣對(duì)于控制平臺(tái)船造價(jià)有明顯作用。

2 主要功能的經(jīng)濟(jì)技術(shù)定位

2.1 升降方式

我們首先對(duì)常見的用于風(fēng)電施工以其他海洋工程平臺(tái)船采用“液壓缸、齒輪齒條、絞車鋼絲繩”三種升降系統(tǒng)和機(jī)理進(jìn)行了一些調(diào)研，概要因素的比較見表格1。

表1

對(duì)表1 的二種升降方式分別分析如下：

（1）液壓缸升降。基本機(jī)理是通過液壓缸往復(fù)運(yùn)動(dòng)，利用液壓缸兩端的動(dòng)靜銷軸，在樁腿結(jié)構(gòu)上的銷孔轉(zhuǎn)換配合，實(shí)現(xiàn)船體與樁腿之間的位置調(diào)整，完成船體的升降。具有較高的可靠性，壽命長(zhǎng)，規(guī)格型號(hào)比較靈活，運(yùn)動(dòng)方式主要分為“步進(jìn)式和連續(xù)式”兩種，升降速度＜20m/h 左右，價(jià)格適中，市場(chǎng)保有量較多的特點(diǎn)，但是這種抬升形式效率較低，樁腿底部與海床接觸時(shí)對(duì)波浪影響敏感，只能用在“筒形樁腿”結(jié)構(gòu)，由于受到樁腿重量限制，適應(yīng)作業(yè)水深有局限性，故障維修比較復(fù)雜，作業(yè)時(shí)每根樁腿需要安排人員監(jiān)護(hù)，保證與中控操作人員的實(shí)時(shí)聯(lián)絡(luò)。

（2）齒輪齒條升降?；緳C(jī)理是通安裝在船體結(jié)構(gòu)上帶有減速箱驅(qū)動(dòng)的齒輪動(dòng)力裝置，與固定在樁腿結(jié)構(gòu)上的齒條之間雙向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)船體結(jié)構(gòu)與樁腿之間的位置變化，完成船體升降。齒輪驅(qū)動(dòng)裝置有電動(dòng)和液壓驅(qū)動(dòng)兩種方式，有多種規(guī)格，可以根據(jù)設(shè)計(jì)自由組合，齒輪齒條升降系統(tǒng)具有運(yùn)行平穩(wěn)，速度范圍30 ～108m/h，速度越快樁腿底部與海床接觸時(shí)的敏感性越低，結(jié)構(gòu)緊湊，適用水深較大，日常維護(hù)保養(yǎng)方便，作業(yè)時(shí)每根樁腿無須安排人員實(shí)時(shí)監(jiān)護(hù)，目前國(guó)內(nèi)齒輪齒條升降系統(tǒng)生產(chǎn)廠家較多，各項(xiàng)技術(shù)日臻完善，使用壽命按照50 次/年計(jì)算，耐久壽命可以達(dá)到20 年，加上維修工藝簡(jiǎn)單，已經(jīng)是成熟可靠的升降裝置了，但目前綜合價(jià)格較高。

2.2 吊機(jī)選擇

目前國(guó)內(nèi)平臺(tái)船主要有全回轉(zhuǎn)甲板吊機(jī)和全回轉(zhuǎn)繞樁吊機(jī)有兩種形式，各有優(yōu)缺點(diǎn)，其中：

（1）甲板吊?；咎攸c(diǎn)是，吊機(jī)通過“將軍柱”固定在樁腿之間的甲板上，有兩種布置方式：第一種是布置在船體的艏、艉端，位于兩根樁腿之間并貼近船端，優(yōu)點(diǎn)是吊機(jī)重量可以分散在兩根樁腿上，對(duì)于降低樁靴比壓有好處，還有可能實(shí)現(xiàn)浮態(tài)兼做全回轉(zhuǎn)起重船的可能，缺點(diǎn)是占用一些甲板有效面積，臨近樁腿在全回轉(zhuǎn)作業(yè)時(shí)有可能會(huì)有干擾。第二種是布置在舷側(cè)兩根樁腿之間，這種布置只在國(guó)外風(fēng)電施工平臺(tái)船應(yīng)用，比較突出的優(yōu)點(diǎn)是，對(duì)風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)擾動(dòng)最小，吊機(jī)重量和作業(yè)載荷可以分散到四根樁腿上，樁腿對(duì)吊機(jī)臂桿回轉(zhuǎn)作業(yè)影響小，舷側(cè)空間大便于安放輔助工裝設(shè)施，但是船舶偏載平衡以及吊機(jī)臂桿在航行狀態(tài)的封存擱置會(huì)比較麻煩。

（2）繞樁吊?；咎攸c(diǎn)是，吊機(jī)直接安裝在一個(gè)樁腿加強(qiáng)的固樁室結(jié)構(gòu)上面，可以繞著這根樁腿進(jìn)行作業(yè)，優(yōu)點(diǎn)是吊機(jī)回轉(zhuǎn)受臨近樁腿干擾較小，占用加板有效面積小，有三個(gè)方面缺點(diǎn)，首先吊機(jī)重量全部加在一根撞腿上，該樁腿對(duì)地比壓較大，對(duì)升降效率有影響；其次繞樁吊臂桿回轉(zhuǎn)中心到船艏距離較遠(yuǎn)，會(huì)限制船舶駐位，或影響吊機(jī)性能發(fā)揮；另外，作為浮態(tài)做起重船使用難度很大，且性能衰減幅度較大。

2.3 吊機(jī)位置與樁基安全

目前國(guó)內(nèi)外平臺(tái)船吊機(jī)布置有艏、艉中間布置，舷側(cè)布置和繞樁吊三種情況，實(shí)際使用中船舶安裝駐位基本情況如樁位示意圖。

圖1

從圖中不難看出，吊機(jī)在舷側(cè)布置樁腿入泥后離風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)最遠(yuǎn)，因此，擾動(dòng)最小，而繞樁吊離樁基距離最近，在作業(yè)時(shí)應(yīng)該注意離風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)的距離。

3 結(jié)語(yǔ)

“港航平9”立項(xiàng)初期，結(jié)合自身特點(diǎn)，面向海上風(fēng)電市場(chǎng)的需求，本著遵循市場(chǎng)規(guī)則和優(yōu)化工藝的思路，把建造成本控制在設(shè)計(jì)階段，在廣泛調(diào)研的基礎(chǔ)上主要有以下幾方面做法和體會(huì)：

（1）吊機(jī)選擇。吊機(jī)布置采用了船艏中間偏右的設(shè)計(jì)，臨近樁腿考慮了可拆卸，實(shí)現(xiàn)了600t 全回轉(zhuǎn)浮吊功能，盡管犧牲少量甲板有效面積（＜5%），吊機(jī)在使用中對(duì)本船甲板載貨的覆蓋也受到一些影響，但是浮吊功能的實(shí)現(xiàn)，對(duì)于市場(chǎng)適應(yīng)性有好處。

（2）輔助吊機(jī)。關(guān)于輔助吊機(jī)配置，根據(jù)國(guó)外風(fēng)電施工平臺(tái)船絕大部分沒有輔吊機(jī)的特點(diǎn)分析，施工中通過吊裝工藝和專用工具，可以實(shí)現(xiàn)風(fēng)電基礎(chǔ)打樁以及風(fēng)機(jī)安裝全部需求，感覺輔助吊機(jī)并不是必須配置的關(guān)鍵設(shè)備，相反輔助吊機(jī)不符合輕型化設(shè)計(jì)思路，會(huì)加大對(duì)地比壓，同時(shí)對(duì)整船造價(jià)影響很大，經(jīng)過比選，我們選擇了不配置輔助吊機(jī)的方案。

通過以上的經(jīng)濟(jì)技術(shù)定位，對(duì)一些主要設(shè)備的配置和參數(shù)，進(jìn)行了反復(fù)的比選，形成了可以滿足國(guó)內(nèi)絕大部分風(fēng)電施工要求的設(shè)計(jì)，建造中通過加大管理力度，化整為零，嚴(yán)格控制成本，最終實(shí)現(xiàn)了同類船造價(jià)最低、建造周期最短的成果。