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科普海上风电安装流程 | 海上风电船体类型

2023-03-27 12:02     来源:海上风电装备     海上风电单桩海上风电设备风电运维船海上风电安装船海上风电
海上风电安装流程主要包括单桩基础安装、风电机组安装和海缆安装三部分,涉及运输、吊装、敷设等多种施工方式,耗时长,施工流程复杂,需依靠运输船、海缆敷设船、风机安装船等多种船体协同作业。

安装流程:

从管桩、风机到海缆,多种船体协同作业

单桩基础安装流程可分为设置稳桩平台、钢管桩运输及起吊、锤击沉桩、附属构件安装几个阶段,根据风电场水深情况,又可分为深水区、浅水区单桩基础安装。

深水区单桩基础:海底高程较大,全天候水深条件均可满足大型施工船只吃水需要,可采用常规起重船、风电安装船、自升降式平台船施工。

浅水区单桩基础:水深条件不满足或仅在特定时间段内满足大型船只吃水需要,需采用可座滩船只施工,并依靠锚链和起抛锚艇辅助移船定位。

风电机组安装流程可分为风机安装平台起升、塔筒吊装、机舱/叶轮及叶片吊装几个阶段,绝大多数海上风电项目采用分体式安装,基础安装和运输由数量相对较多的起重船和甲板驳来承担,塔筒、机舱、叶轮及叶片等核心组件则交由风机安装船完成。

海缆安装流程可分为接缆、敷设主牵引钢缆、登陆准备、始端登陆、敷埋段施工几个阶段,所需的主要船体为配备海底电缆敷设机(CLM)和动态定位系统(DP)的电缆敷设船。

截至2021年底,据公开资料不完全统计,我国共有电缆敷设船56艘,其中具有220KV海缆敷设能力的敷设船共25艘(信息源自东方电缆公告),目前具备这类海缆敷设施工船只数量较少,依旧处于卖方市场。

船体类型:

风机安装船作用凸显

根据作业特点,可将风电安装船分为浮式、坐底式、自升式、自升自航式、半潜式五类,各类风机安装船在作业水深、效率、稳定性方面差异明显;浮式安装船适用于不同水域安装,移动速度快,但稳定性较差;坐底式安装船在浅水海域稳定性表现较好,但转移速度慢,也不适于深水海域安装;自升(自航)式安装船兼具转移方便、作业水深高、稳定性优异等多方面优点,已成为风机安装船的主流船型;

半潜式安装船各方面表现均较为优异,但建造和使用成本过高。

船体类型:

海缆以敷设船为核心,配备DP系统与CLM

海缆施工船中,核心船体为配备布缆机的海缆敷设船,配合检修船、运输船共同完成海缆敷设。

海缆敷设船并无明确种类区别,主要差异在船载设备、船体规模等,设备方面差异包括是否具备DP系统及海底电缆敷设机CLM的种类:Ø DP系统是一种由计算机控制的船舶自动操纵系统。通过采集精确定位、气象、潮流速度等数据,计算机可控制DP系统自动调节不同推进器(螺旋桨、横向推进器、舵机)的推力,实现精确的动态定位。

海底电缆敷设机(CLM)可分为鼓形和直线形,前者在甲板上所占空间小,张力大,运行状态稳定,后者适用于长距离作业,以较小的张力占用较大的空间。

船体类型:

国内运维船以交通艇为主,存在升级空间

风电运维船种类多样,我国现存海上风电运维船仍以传统交通艇为主,优势是成本低、数量多,但在航速、功能丰富性上有明显不足。此外,海外运维船已开始采用低碳燃料(甲醇、电力等)为动力系统,由多种船体共同完成海缆敷设、海风运维。

行业现状:

船体建设加速,技术指标持续迭代

安装船建设加速,预计2023年将迎集中投运。据不完全统计,我国现有风机安装船(含在建)共112艘,其中在运营中船体72艘,在建船体40艘。

从船体投运情况看,安装船建设速度呈加速态势。2011-2018年共计投运船体20艘;受海风抢装年刺激,2021年风机安装船需求高增,单年新增船体达26艘,同比增长超200%;2022年新增安装船数量有所减少。

根据已有订单情况,我们预计2023年风机安装船新投运交付数量将恢复到2021年左右的水平,并且未来有望保持较快的投运速度。

造船厂家高度集中,船东格局相对分散

国内主要船厂包括振华重工、韩通重工、大津重工、招商局重工等,前五名船厂建造风机安装船比例达52%。

国内主要船东包括海洋水建、中交三航、瓯洋海工、中国铁建等,前五名船东持有风机安装船比例达29%。

自升船体为安装船主力,最新代自航比例提升

整体看,112艘风机安装船中(含在建),自升与自升自航式船体为绝对主力,合计数量达74艘,占比达66%;其次是浮式船(21艘,占比19%);坐底式与半潜式船体数量较少,分别为6艘、2艘,且全部为运营中船体,尚无新建规划。

相较于运营中船体,在建船体中主要为自升与自升自航式、浮式船体,占比分别达70%、30%;其中自升自航、浮式的占比均较在运营安装船中有提升,这两类船体均具备优秀的机动性,我们认为一定程度反映了现有海风安装对船只性能的最新需求。

新建船体技术指标优越,满足大风机安装需求

风机安装船的核心技术指标包括吊重、最大起升高度、桩腿长度、作业水深等,前两者决定了安装船可安装的最大容量机组及安装速度,后两者决定了风机安装船适用的海域范围。目前,海上风电呈现机组大型化和深远海化特点,对风机安装船的相应指标也提出了更高要求。

从平均数据看,在建风机安装船在各项指标上全面优于运营中船体,可满足最新一代大容量风机的安装需求。以GE Haliade-X 12MW风机为例,安装要求吊重>600吨并且最大起升高度>150米,在建船体可完全满足。

从各年度船体中位数据看,最大起升高度、桩腿长度、作业水深均呈现逐年提升趋势。

浮式船侧重吊重和水深,自升船起升高度更优

对比各技术类型船体的技术指标可见,浮式船均表现出吊重、作业水深方面的优势,而自升、自升自航式船则在最大起升高度方面表现较优,这一差距于在建船体中体现更为明显。

我们认为原因系浮式船可用于基础安装,对吊重需求多于起升高度需求所致。在建船体差距扩大或可反映新一代安装船建造更倾向于专业化分工。

改建主流为适应性改造,平均用时约5个月

改建分为适应性改造、升级改造和全面改造三类。如此前只为平板驳,则涉及甲板安装、缆机平台、起重机安装等工作,且只能改造为浮式船(全面改造);自升平台、半潜船的改造都需要在原船体本身具备相应条件的情况下进行(适应性改造)。若原船体即为风机安装船(升级改造),往往只需对起重机、桩腿等进行替换。已交付的改建船体中,大部分为适应性改造,原船体多来自海上石油钻井或重型运输领域,本身即具备自升/半潜能力。

按已交付的改建船体进行统计,改建的平均用时约为5个月,用时较短。

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