半潛式深海風電安裝平臺及其風力發電機組整體安裝方法與流程

本發明屬于深海海洋平臺結構設計領域，具體涉及一種深海半潛式風電運輸安裝一體化平臺及其風力發電機安裝方法。

背景技術：

風力發電是世界上發展最快的綠色能源技術。海上風電是風電技術的前沿，也是國際風電產業發展的重點領域。整體而言，海上風電仍處于發展初期，目前主流的風機機組形式，按照基礎形式來分主要分為以下幾大類：重力式基礎、單樁式基礎、三腳架式基礎、導管架式基礎、多樁式基礎、筒形基礎和漂浮式基礎等。近年來海上風電的利用一般集中在近海海域，隨著近海資源的開發，近海水域的地域和環境限制，海上風電勢必會往深海發展。而淺海應用較多的樁基式等風力機基礎無法滿足深海開發的要求，且海上風機由于成本而大型化的趨勢，漂浮式基礎更能適應。由固定式基礎發展為漂浮式基礎也成為發展趨勢之一。

海上風電機組安裝相對于陸上風電機組安裝有較高的技術難度，是海上風電場建設的關鍵技術之一。完成吊裝需要一個海上安裝作業平臺。主要有：大型起重船、自升式(非自航)平臺、帶定位樁腿的自航船、自航自升式安裝船。根據目前風電安裝主要船型相比較，如表1所示，為解決將來海上風機大型化向深海挺進的趨勢，半潛式風電安裝船具有耐波性好、作業水深深、適合風機整體運輸安裝等特點，在未來深海風電安裝市場發展趨勢之一。

研究表明，全球大部分海域單位面積的風能儲量在2×103(kW.h)/m2，屬于風能資源的富集區。據估算，全球海深60-900m區域風電機組裝機容量約為17.4×108kW，因此深海風力發電潛力巨大。由于深海氣候惡劣，有效作業時間短，所以機組安裝是整個海上風電場建設過程中施工難度最高和風險最大的環節，直接決定了整個項目的成敗。機組安裝技術包括安裝平臺和安裝方式兩個部分。目前大部分海上風電機組的運輸、吊裝、維修主要依托于現有的船舶平臺進行。如傳統起重船(自航非自升)、起重安裝平臺(自升非自航)和自航自升起重船3種類型。現有的安裝技術勢必不能滿足新的環境要求。半潛式風電安裝船具有耐波性好、作業水深深、適合風機整體運輸安裝等特點，漂浮式基礎、整體安裝及深海安裝平臺極有可能成為未來海上風力發電的主流技術。

表1風電安裝主要船型

因此，需要設計滿足漂浮式基礎風車設備整體運輸、安裝一體化的半潛式平臺的深海半潛式風車安裝平臺，以解決深海漂浮式基礎的風車運輸和安裝的問題，解決將來海上風機大型化向深海挺進的趨勢。

技術實現要素：

本發明的技術目的是提供一種半潛式深海風電安裝平臺，能夠實現風機的塔筒、機艙和葉片作為一個整體進行運輸和吊裝作業，以縮短工程建設周期，提高安裝效率。

為實現上述的技術目的，本發明將采取如下的技術方案：

一種半潛式深海風電安裝平臺，包括平臺主體，所述的平臺主體包括浮筒、橫撐、風機運輸甲板、立柱、上甲板包；其中：所述的浮筒為兩個，分別為浮筒a、浮筒b，對稱地分布在平臺主體行進方向的左右兩側；所述的上甲板包，呈U形設置；U形上甲板包的封閉端位于平臺主體行進方向的前端，而U形上甲板包的兩側壁則分別通過立柱支撐在相應浮筒a、浮筒b的上方；所述的立柱，為2n根，n≥2，沿著平臺主體的行進方向，成對地間隔布置；每對立柱中的其中一根立柱a安裝在浮筒a上，另一根立柱b則安裝在浮筒b上，立柱a、立柱b之間通過橫撐連接；所述的風機運輸甲板，為桁架式結構，位于U形上甲板包的下方，并與U形上甲板包的內部缺口部分正對；風機運輸甲板的底層分別與浮筒a、浮筒b固定，且風機運輸甲板的側面與立柱固定；風機運輸甲板上配備固定風機的底座工裝。

作為本發明的進一步改進，所述的立柱為四根，每根立柱的一端與浮筒連接，另一端則與上甲板包連接；各立柱通過風機運輸甲板連接成一體。

作為本發明的進一步改進，每根立柱在高度上分三層設置，每一層立柱均設置有壓載艙；且立柱具有樓梯通道以及設備區。

作為本發明的進一步改進，所述的上甲板包由上到下，依次包括主甲板、中間甲板、下甲板以及甲板包底艙。

作為本發明的進一步改進，所述的甲板包底艙具有功能性液艙；下甲板布置機艙、配電間、錨機間和生活區域；而中間甲板則布置生活區域。

作為本發明的進一步改進，在平臺主體左弦尾部配裝有起重機，并在平臺主體行進方向的前端設置用于水平擱放起重機吊臂的擱臂架。

作為本發明的進一步改進，U形上甲板包的封閉端通過上部多層甲板生活區安裝艦橋甲板；在艦橋甲板上配設有艦機停航位置。

作為本發明的進一步改進，所述的上部多層甲板生活區包括三層甲板，分別為從上到下依次設置的甲板A、甲板B、甲板C。

本發明的另一技術目的是提供一種基于上述半潛式深海風電安裝平臺的風力發電機安裝方法，包括以下步驟：首先，在風機碼頭組裝好風力發電機機組的整體機構，然后，采用半潛式深海風電安裝平臺將風力發電機基座從風機碼頭運輸到深海目標位置后吊裝，最后，再次采用半潛式深海風電安裝平臺將組裝好的風力發電機機組從風機碼頭運輸到深海目標位置后，吊裝到已安裝好的風力發電機基座上。

根據上述的技術方案，相對于現有技術，本發明具有如下的有益效果：

本發明將所述的平臺主體，設計為半潛式結構，即采用兩塊左右對稱設置的流線型浮筒提供浮力，進行整體結構支撐；然后將風機運輸甲板設置為桁架式結構，節約鋼結構重量并減少海浪抨擊；風機運輸甲板位于浮筒中間上方位置，可降低風機運輸的高度和重心，提高平臺運輸時的穩性；運輸甲板作為連接橋連接在兩塊浮筒之間，并與立柱相連，提高平臺的橫向和抗扭強度；另外，將上甲板尾部和中部設置U形大槽口結構，并位于風機運輸甲板上方，即U形甲板的內部缺口部分便于風機的塔筒、機艙和葉片作為一個整體進行安放，同時也便于風機的吊運；實現了深海大型化漂浮式基礎的海上風機運輸安裝任務目標，不需要進行分段運輸、分段組裝，此運輸安裝平臺，充分考慮經濟性，安全性的要求，增強了平臺在目標海域的適用性。

附圖說明

圖1是本發明所述半潛式深海風電安裝平臺的結構示意圖(側視圖)；

圖2是圖1的俯視圖；

圖3是圖1的主視圖；

圖4是本發明所述半潛式深海風電安裝平臺的自存工況下整體強度分析圖；

圖中：1-推進器；2-浮筒；3-立柱；4-上甲板包；5-升降電梯；6-系固絞車；7-艦橋甲板；8-擱臂架；9-起重機；10-風機運輸甲板；11-上部多層甲板生活區。

具體實施方式

下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。以下對至少一個示例性實施例的描述實際上僅僅是說明性的，決不作為對本發明及其應用或使用的任何限制。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。除非另外具體說明，否則在這些實施例中闡述的部件和步驟的相對布置。表達式和數值不限制本發明的范圍。同時，應當明白，為了便于描述，附圖中所示出的各個部分的尺寸并不是按照實際的比例關系繪制的。對于相關領域普通技術人員已知的技術、方法和設備可能不作詳細討論，但在適當情況下，所述技術、方法和設備應當被視為授權說明書的一部分。在這里示出和討論的所有示例中，任何具體值應被解釋為僅僅是示例性的，而不是作為限制。因此，示例性實施例的其它示例可以具有不同的值。

為了便于描述，在這里可以使用空間相對術語，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用來描述如在圖中所示的一個器件或特征與其他器件或特征的空間位置關系。應當理解的是，空間相對術語旨在包含除了器件在圖中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附圖中的器件被倒置，則描述為“在其他器件或構造上方”或“在其他器件或構造之上”的器件之后將被定位為“在其他器件或構造下方”或“在其他器件或構造之下”。因而，示例性術語“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”兩種方位。該器件也可以其他不同方式定位(旋轉90度或處于其他方位)。

如圖1至3所示，本發明所述的半潛式深海風電安裝平臺，包括平臺主體，所述的平臺主體包括兩個浮筒2、四個立柱3、甲板包、橫撐、風機運輸甲板10、全回轉式起重機9、上部多層甲板生活區11、Sikorsky S92型直升機平臺、風機、風機基座、系固絞車6、全回轉推進器1、DP3動力定位系統。其中，

浮筒2位于平臺主體的底部，首尾兩端采用流線型設計；包括兩個，分別為浮筒2a、浮筒2b，對稱地分布在平臺主體行進方向的左右兩側；浮筒2內設有六個推進器艙、四個泵艙和兩個壓在水處理裝置艙；浮筒2內部設有前后貫通管弄和通道。

所述的風機運輸甲板10，為桁架式結構，處于浮筒2中間上方，可降低風機運輸的高度和重心，提高平臺運輸時的穩性；同時，桁架式結構能減小惡劣海況下的抨擊載荷；運輸甲板分別與兩個浮筒2和四個立柱3連接，因此，可以說風機運輸甲板10類似于一個將兩浮筒2連接的連接橋，提高兩者之間的橫向和抗扭強度；

所述的立柱3，為2n根，n≥2，沿著平臺主體的行進方向，成對地間隔布置；每對立柱3中的其中一根立柱3a安裝在浮筒2a上，另一根立柱3b則安裝在浮筒2b上，立柱3a、立柱3b之間通過橫撐連接；附圖中立柱3有四根，每個浮筒2上有兩根立柱3，呈長方形布局；立柱3的一端與浮筒2連接，另一端則與甲板包連接；因此，可以說甲板包是通過立柱3支撐在浮筒2上方的；同時各立柱3還分別通過風機運輸甲板10、橫撐連接成一體，因此，有效地提高了各立柱3之間的橫向和抗扭強度；每根立柱3在高度上分三層設置，每一層立柱3均設置有壓載艙；且立柱3具有樓梯通道(升降電梯5)以及設備區。

所述的上甲板包，呈U形設置，且U形上甲板包4的封閉端位于平臺主體行進方向的前端，同時，所述的風機運輸甲板10處于U形上甲板包4的下方，并與U形甲板的內部缺口部分正對；因此，本發明所述的平臺主體，既方便風力發電機機組整體從U形上甲板包4的內部缺口部分的上方吊出，也便于風力發電機機組整體從U形甲板的尾部調運，避免甲板和風機機組的干涉；所述的甲板包由上到下，依次包括主甲板、中間甲板、下甲板以及甲板包底艙。所述的甲板包底艙具有功能性液艙；下甲板布置機艙、配電間、錨機間和生活區域；而中間甲板則布置生活區域。

在U形上甲板包4的封閉端設置上部多層甲板生活區11，該上部多層甲板生活區11安裝艦橋甲板7；在艦橋甲板7上配設有艦機停航位置。所述的上部多層甲板生活區11包括三層甲板，分別為從上到下依次設置的甲板A、甲板B、甲板C。

本發明的工作原理如下：

海上作業時，半潛平臺下潛至立柱3吃水，減小水線面，提高平臺耐波性，有利于較為惡劣的海況作業。立柱3之間由橫撐及桁架式結構連接，桁架式連接橋同時也是風機運輸甲板10，保證橫向強度；浮筒2上方設有桁架式運輸平臺，將運輸設于浮筒2上方，可降低風機運輸的高度及重心，提高平臺航行時的安全性；立柱3上方設有上甲板結構，上甲板尾部和中間設有大槽口，避免上甲板與裝載風機機組之間的干涉。平臺在上甲板尾部左舷處設一臺全回轉式起重機9，用作吊裝風電設備。擱臂架8位于上甲板首部左舷處。設有四層生活區，位于上甲板首部右舷處，用于調節空船重量重心平衡。生活區上方設有Sikorsky S92型直升機平臺，供海上人員上下。

平臺靠泊風機碼頭，將可伸縮式推進器回收至浮筒2內，減少對碼頭深度的要求。利用平臺自身起重機9實現風機碼頭至平臺(或者運輸平臺至平臺)的裝載。風機裝載甲板裝有固定風機的底座工裝，甲板包主甲板上有輔助固定的纜繩(系固絞車66)。完成固定后，平臺移出泊位，伸出推進器，啟動尾部兩臺推進器，運輸航行。

基于上述的半潛式深海風電安裝平臺，本發明提出了一種風力發電機組的安裝方法，具體包括以下步驟：首先，在風機碼頭組裝好風力發電機機組的整體機構，然后，采用半潛式深海風電安裝平臺將風力發電機基座從風機碼頭運輸到深海目標位置后吊裝，最后，再次采用半潛式深海風電安裝平臺將組裝好的風力發電機機組從風機碼頭運輸到深海目標位置后，吊裝到已安裝好的風力發電機基座上。

具體地，所述的風力發電機機組的具體安裝步驟包括：

(1)所述半潛式深海風電安裝平臺停靠風機碼頭時，先將推進器回收至浮筒2內，再采用平臺上的起重機9，將風機碼頭上的風力發電機機組裝載到風機運輸甲板10上，并通過風機運輸甲板10上的固定工裝以及甲板包上的固定纜繩將風力發電機機組固定；然后將半潛式深海風電安裝平臺移出泊位，伸出推進器，啟動尾部兩臺推進器，向深海目標位置航行；

(2)到達深海目標位置時，先根據深海目標位置處的風電場情況以及水深，確定所述半潛式深海風電安裝平臺的定位方式；定位后，半潛式深海風電安裝平臺通過壓載水將其下潛至操作水深17.5m；下潛后，繼續調整半潛式深海風電安裝平臺的定位精度，以控制船體浮態；平緩啟用起重機9，調整起重機9吊臂擺幅和角度，將吊臂調整至風力發電機機組上方，接著在風力發電機機組的塔筒內進行吊鉤掛索具作業，完成掛索具后，將風力發電機機組吊運出平臺主體，安裝至預先安裝好的風機基座上；

(3)在吊裝過程中，抗橫傾系統能根據實時浮態傾斜情況，完成自動調平；完成一臺風力發電機機組安裝后，起重機9吊臂回復至擱臂架8上，繼續前往下一個風機基座，重復步驟(2)進行下一臺風力發電機機組安裝。