海上大型風電基礎構件安全吊運與穩態控制技術應用案例

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海上大型風電基礎構件安全吊運與穩態控制技術應用案例我國最新能源政策明確提出到 2030 年，非化石能源占一次能源消費比重將達到 25%左右，風電、太陽能發電總裝機容量將達到 12 億kW 以上；二氧化碳排放力爭於 2030 年前達到峰值，努力爭取於 2060 年前實現碳中和。這一政策明確了新時代我國能源發展的方向，風力發電將是我國今後發展的重點，其中尤以用電負荷中心的東南沿海地區的風力發電為重中之重。

目錄

一、 背 景

1、 技術應用所屬行業特點、機遇與挑戰

我國最新能源政策明確提出到2030年，非化石能源占一次能源消費比重將達到 25%左右，風電、太陽能發電總裝機容量將達到 12 億kW 以上；二氧化碳排放力爭於 2030 年前達到峰值，努力爭取於 2060 年前實現碳中和。這一政策明確了新時代我國能源發展的方向，風力發電將是我國今後發展的重點，其中尤以用電負荷中心的東南沿海地區的風力發電為重中之重。

受制於近海風資源的開發制約，海上風電場開發將從近海走向遠海。遠海深水化必然驅使海工結構走向大型化，具備高承載能力，能應對更複雜的風浪流荷載，擁有更高可靠性和更長服役使用壽命。

2、 技術應用所解決的行業難點、熱點問題，必要性及重要意義

在」雙碳」目標、平價上網的機遇與挑戰並存的大環境下，隨着大容量風機的開發，海上風電承載基礎結構必然走向大型化。對於此類產品，受制於主要部件的生產和安裝條件，大多結構在加工後需要進行整體吊裝作業，受到「風、浪、流」複雜環境因素的影響，吊裝時，超大型構件自重所產生的應力、吊點附近集中應力、吊運動態性能等因素都會產生大型結構本身二次受力，帶來結構損傷；同時，不同的吊裝參數、工序也將影響吊裝結構的吊運穩定性、安全性。因此，吊裝時的穩態控制和大型結構二次受力損害控制是風電行業必須進行深入研究的熱點問題。

二、 應用案例

該技術最早應用於 2017 年國家電投濱海北 H2#400MW 海上升壓站的建成發運。

濱海北H2#400MW 海上升壓站，總重3200 噸，受風體積約37000m3， 同時由於該升壓站為桁架式結構，A 甲板為作業平台，無瓦楞板包覆，繼而在吊運過程中會接受風串流，對整體結構吊運的穩定性和安全性形成影響。在H2 結構整體實施吊運項目方案設計階段，基於專用軟件進行了建模、仿真及計算分析，考慮共振、疲勞、擺動等因素影響， 確定了吊裝核心參數；同時，基於模型分析及吊運仿真分析結果，吊裝方案採用研發的新型吊具，對吊裝工藝進行了優化，儘量減少了吊運過程 H2 結構本身的受力變形對結構安全性的影響；在吊運過程中，對結構的關鍵部位的變形、振動、應變等參數進行監測，實現了升壓站結構的安全吊運和穩態控制。

通過該項目的實施，在積累前期技術的基礎上，公司又進行了多次技術優化和升級，使其應用範圍更廣，其安全吊運技術在公司後續多個項目中進行了應用，例如 YINSON 的 FPSO 項目、JMU運輸船項目、國家電投 H3、大豐 H3 等項目。

通過該技術的推廣，吊運費用降低 18.5%，作業效率也大幅提升，累計節約費用近千萬元。

三、 技術要點

1、 關鍵技術描述

（1） 通過對吊運過程的建模、仿真及計算分析，考慮風載荷、共振、疲勞等因素影響，建立合理的吊運和擺動模型，確定關鍵吊運參數：考慮脈動風影響下的吊索在吊裝狀態下的共振，從理論分析、數值求解以及實驗驗證等方面研究吊擺系統的動力學響應，減小吊運過程中大型構件的擺動和升沉位移；通過對吊索長度、直徑、承載力等參量的反演，對吊裝過程的關鍵動力學參數進行優化。

（2）開發新型全周期吊運狀態監測系統：通過開發多傳感器數據融合的在線檢測系統，對吊運的環境因素、姿態、關鍵部位應變、振動等關鍵參數進行全周期監測，對產品的吊運過程中的關鍵應力信息進行實時評估，吊裝過程中通過監測信息對吊裝參數及工藝進行合理調整及動態優化。

（3）開發大型結構的吊裝、運輸綁紮新工藝：基於吊裝、運輸受力計算結果，創新性的採用穿套式結索法吊裝，並採用擱凳工裝和斜拉鋼絲固定法，解決整機吊裝以及駁船綁紮的技術問題。採用整體豎直起吊、對稱吊點（吊鈎）均勻施力，既提高了作業效率又減少了吊裝形變損傷；避免運輸過程中的移動碰撞，減少了運輸形變損傷。