“第四代+”海上风电施工平台“港航平5”。受访单位供图
6兆瓦、18兆瓦、26兆瓦……这组数字记录了我国海上风电单机装机容量在3年中的跳跃式发展。随着我国海上风电向深水远岸发展战略推进，2022年以后，我国正式从“近海小风机”时代跨入“深远海大风机”时代。在这一背景下，海上施工难度提高，高效、多功能的风电安装船应运而生。
近日，我国新一代海工装备“重器”——“第四代+”海上风电施工平台“港航平5”，在青岛海西重机码头交付。该平台由天津港集团下属天津港航工程有限公司（以下简称“天津港航”）投建，是目前国内起升高度最高、综合起重能力最强、升降桩腿最长的自航自升式海上风电安装平台。它的建成为我国海上风电向深远海进军提供了可借鉴的解决方案。
机组大型化步伐加快
海上风电作为一种清洁可再生能源，其发展有助于减少对化石燃料的依赖，促进能源结构向更加清洁、低碳的方向转变。在国家“双碳”目标和海洋强国战略指引下，大力发展海上风电意义重大。
截至2024年3月底，我国海上风电累计并网容量约38吉瓦（GW），但按照“十四五”最新规划，目前还有280GW待开发。
“因环境、安全等因素，我国主流的风电机组集中安装在水深50米的近海海域。经过10多年发展，这一区域空间接近饱和。”天津港航科信部副经理陈志坚介绍，从世界海上风电建设与规划来看，离岸距离大于100千米、水深超过50米的深远海域可开发范围更广，风能资源更加丰富。海上风电产业逐渐向深远海挺进。
为了降本增效，实现海上风电平价上网，风机厂家也加快了机组大型化步伐。
“几乎每隔两个月就会出现装机容量更大的风机。”陈志坚说，同样安装一组风机，如果装机容量是4兆瓦，风机转一圈，只能发电不到4度。而目前已公开的世界上最大26兆瓦海上风机，转一圈能发电50度左右。
追求大装机容量，必然导致风机尺寸不断增加。以前海上风机高度一般不会超过150米，但像26兆瓦海上风机，叶片长度就已达到151米，轮毂中心高度更是超过185米。
“未来高度超过180米的超大装机容量的海上风机将成为行业主流。”天津港航党委副书记、总经理丁文智认为。
除了风机大型化带来的运输、安装方面的难题外，深远海施工也面临诸多挑战。
“离岸距离远，作业窗口期短，施工效率低，安全风险高。”陈志坚说，新一批已规划风电场平均离岸距离达到50公里，最远达到了150公里。这里风浪条件更加恶劣，且离岸距离远，交通不便，人员和设备可达性差。
自航自升式风电安装船，具有船机投入数量少，安全、高效的优点，特别适合深远海风电施工。目前，欧洲海上风电项目普遍采用这种安装船完成风机运输和安装。设计制造出我国新一代自航自升式风电安装船势在必行。
量身打造施工平台
与普通轮船相比，“港航平5”拥有更为宽阔的甲板，船身两侧设置了一高一矮两台吊机。4根约40层楼高的铁架子高高耸立在平台的四角。
“‘港航平5’的每一个设计，几乎都是为深远海海上风电机组运输、安装施工量身定制的。”天津港航船舶分公司主任工程师李学功说。
近年来，天津港航承建了国内近三分之一的海上风电项目，足迹遍布津冀鲁浙闽粤等我国沿海地区，积累了大量且丰富的施工经验。
为了适应深水区域海底复杂的地质条件，与以往圆柱形桩腿不同，“港航平5”的桩腿被设计成桁架式结构，并且采用特种钢板，增加桩腿的强度。此外，研发团队还提升了桩腿的长度，增加了桩靴的面积。这些设计保证了平台作业时，桩腿可以稳稳地站在海床上。
“‘港航平5’的桩腿设计，可满足水深70米以上深海作业，而且甲板以上起升高度可达到168米。”李学功介绍，在深远海施工，分秒必争。为了提升甲板升起的效率，建设者为桩腿安装了齿轮齿条式升降系统。这种设计较传统的液压插拔销形式升降系统，效率提升4倍以上。
“为了能吊起风机这个庞然大物，‘港航平5’长135米、宽50米，最大起重能力1800吨。”天津港航监造项目组副主任工程师芮志国介绍，“港航平5”设置了主副两台吊机，主钩能吊重1800吨，主吊机甲板以上起升高度168米，在副吊机的配合下，主吊机距离海面最大吊高距离将超过200米，可以满足未来更大风车的安装需要。
为了提高施工效率和增强安全性，“港航平5”搭载了智能船舶系统。船舶配置的DP2动力定位系统，可克服风浪流等复杂海况影响，大幅缩短船舶在风场之间移动驻位的时间。同时，凭借先进的智慧船舶系统，“港航平5”具备航路与航速设计和优化功能、智能能效管理功能及智能集成平台功能，可实现对船舶的全面监控与智能化管理，搭载的风光互补绿能系统可为平台提供充足的生活用电。
“‘港航平5’投入使用之后，将使风机安装效率较上一代平台提升约20%。”天津港航船舶分公司常务副经理刘家军说。
目前，“港航平5”已经奔赴我国南海深远海水域的风电机组安装项目。天津港航也将继续积极探索海上风电领域新技术、新工艺、新结构、新装备研发，为推动我国海上风电产业的蓬勃发展贡献智慧和力量。
