如果你有机会一睹海上风电安装平台“白鹤滩”号的真容,你一定会被这个“海上巨无霸”所震撼——它依靠4条长达120米、近40层楼高的三角形桁架式桩腿,穿过淤泥深深扎入海底,稳稳“站立”在海面上;而它那长达130米、起吊能力达2000吨的“巨臂”,足足可以同时吊起1300多辆小轿车。
今年6月底,在福建平潭外海,全球超大单机容量16兆瓦海上风电机组吊装现场,从广东远道而来的“白鹤滩”号展现出了线层楼高的空中,其凭借巨型起重机的“穿针引线米的风电机组叶片精准插入轮毂孔位,对位精度达到毫米级。
作为国内首艘2000吨级海上风电安装平台,“白鹤滩”号在设计和建造上实现了哪些突破?在长年风高浪急的深海面上,它是如何做到“如履平地”的?究竟是哪些技术的加持,让它能够完成如此高精度的作业?广东还有哪些自主研发建造的海工装备利器?
海上风起“绿电”来。海上风电作为一种可再生的能源,具有清洁、高效、可规模化开发等特点。风电机组的功率和容量是衡量海上风电发展水平的重要指标之一。
而我国自主研发的16兆瓦海上风电机组,是目前全球范围内已投产的单机容量最大、叶轮直径最大、单位兆瓦重量最轻的海上风电机组,年均可生产“绿电”超过6600万千瓦时,能够满足3.6万户三口之家一年的生活用电。
如此大功率的海上风电机组,其安装和运维自然也面临诸多挑战。然而,作为目前全球最先进的风电安装平台之一,“白鹤滩”号凭借强大吊装能力、适应复杂海况设计和先进的施工工艺,以“舍我其谁”的气魄,出色地完成了这一高难度任务。
“白鹤滩”号勇担重任、攻坚克难的底气从何而来?这要从一条时间轴说起:2021年7月30日,“白鹤滩”号海上风电安装平台正式开工建造;2022年9月28日,其在广州南沙正式交付投运;今年2月5日,前往广东阳江海域开展首次施工作业……为保证应用效率,从开工建造到完成首个施工项目,“白鹤滩”号用了仅1年6个月,堪称“神速”。
速度快,体现在每个环节的高效施工。据悉,“白鹤滩”号先行地面生产周期仅126天,主船体搭载成型41天,进坞90天实现主发电机动车,15天完成电站主系统调试,创下了同类型平台中最快的建造纪录。
除了高效的施工和管理,“白鹤滩”号的成功还离不开中国船舶集团旗下的中船黄埔文冲船舶有限公司、三峡集团旗下的长江三峡设备物资有限公司、中国船舶集团第七〇八研究所和中国船级社等单位的联合打造。这些单位通过密切沟通合作,共同攻克了一个又一个技术难题,确保了“白鹤滩”号的顺利交付和使用。
交船时,“白鹤滩”号就创下的几个国际之最——船体长126米、宽50米、型深10米,是目前国内起吊能力最强(2000吨)、作业水深最深(70米)、可变载荷最大(6500吨)、甲板面积最大(4200平方米)的自升自航式一体化风电安装平台。
“海况瞬息万变,狂风巨浪常常给海上作业带来巨大困难。”“白鹤滩”号开发部技术负责人周冠崇介绍,“白鹤滩”号独特的4条三角形桁架式桩腿结构,让它能够“任凭风浪起,稳坐钓鱼台”。
其中,4条桩腿高120米,配有4套齿轮齿条式电控升降系统,单桩额定升降能力8100吨,长度可伸出船底板以下95米,最大作业水深70米,能够适应各种深水区域的海上风电安装需求。
桩腿还专门设计有锥形桩靴,配备大流量冲桩系统,能够在深淤泥海底层轻松插拔桩,如巨型“脚掌”般牢牢“站立”在海上作业点上,使平台船体完全脱离水面,不受海浪影响,保障起重机对大容量风机的起重要求。
在建造阶段,团队面临着更为严峻的挑战。由于“白鹤滩”号的特殊设计,建造过程中的每一个细节都至关重要。为了确保平台的稳定性和安全性,团队采用了高强度钢材和先进焊接技术,确保船体的坚固耐用,能够抵御海上各种恶劣环境的考验。
“白鹤滩”号的精度要求之高、焊接难度之大,是其建造中的主要技术难点。“像升降基础的耐磨板与桩腿间的间隙就仅为4毫米。”周冠崇说,面对复杂的升降基础结构、狭窄的作业空间、焊接工艺极为复杂的特制钢材等施工难点,技术人员和施工人员展现出了顽强的毅力和团队协作精神,最终成功完成了桩腿的制作和吊装合拢以及升降基础的制作、加工、安装、试验。
高效精准的作业能力是“白鹤滩”号的另一大亮点。这要归功于其2000吨绕桩式回转起重机,绕桩直径达13米,28米吊载幅度内吊载能力达2000吨,最大起吊高度达到水面以上170米,能够起吊风电基础和风机设备,大幅增强近海深水区及深远海风电机组施工安装能力。
此外,在海况复杂的海域,“白鹤滩”号依靠稳定性强、定位精度高的DP-2动力定位系统,克服风浪流等海况的影响,在海上精准定位。同时,该系统能够在活动部件或单个系统出现故障时,自动保持船位和艏向,确保作业的安全性。
值得一提的是,“白鹤滩”号实现了升降系统、起重机等核心作业装备的全国产化,在它研制成功的那一刻,标志着我国已经成功掌握了建造的核心技术,为我国自升自航式一体化风电安装平台实现国产化奠定了基础。
逐梦深蓝征程上,广东勇攀科技高峰。除了“白鹤滩”号,广东在海工装备制造业领域的探索从未停止,近年来涌现出一系列令人瞩目的海工装备创新成果。
与“白鹤滩”号一样,智能型无人系统母船“珠海云”也孕育于黄埔文冲船厂,是全球首艘具有远程遥控和开阔水域自主航行功能的科考船。
打造这样一艘科考船并非易事。“珠海云”项目相关负责人坦言,建造“珠海云”需要克服船外观复杂线性曲面工艺难题、不同材质间复合焊接工艺技术难点,以及玻璃幕墙适应无限航区船体海上变形安装工艺难点。“‘珠海云’国产化程度达98%,其动力系统等核心要素均为我国自主研制。”上述负责人表示。
如何用新能源代替燃油,推动绿色船舶发展,是广东海工装备近年来的重点发展方向。
今年2月,由中国船舶集团有限公司旗下广船国际有限公司(下称“广船国际”)建造的5万吨甲醇双燃料化学品/成品油船5号船在造船平台生产线上举行上船台仪式,该船是国产首型甲醇双燃料油船,配备的甲醇双燃料驱动系统可采用燃油、燃油水合物、甲醇、甲醇水合物4种燃料模式驱动,实现减碳、减氮、减硫。
广船国际相关负责人表示,当前正大力推进绿色船舶建造,“我们已经交付4艘甲醇双燃料动力船舶,目前手持绿色船舶订单数量超过20艘。”
海洋油气管线是海洋油气能源介质最高效的远距离输送方式,但在很长一段时间内,其制造技术被欧美先进国家所垄断。
由番禺珠江钢管(珠海)有限公司牵头的“3500米级超深水高压海底管道研制及产业化”项目,针对超深水高压海底管道工程特殊需求,解决了深海管线钢冶炼、轧制及其板材成型、焊接等关键性技术难题。
“目前国内深海油气输送焊接钢管的水下应用仅限于1500米级的记录,3500米级水深属于空白领域,并且打破了数项国外垄断的特种钢管卡脖子技术。”据项目负责人黄克坚介绍。
此外,广东海工装备挺进深蓝,近年来还有这些新突破:“江门造”全球最大宽扁浅吃水型半潜驳船“四航永兴”号正式交付;全国首台自升式桁架类网箱在湛江下水投产;“加强型重力式深水网箱”在台山上川岛海域下水布设;全球首台风渔一体化智能装备“明渔一号”在阳江建成……
当前,广东正全面推进海洋强省建设。省委十三届三次全会强调,要在打造海上新广东上取得新突破,强化涉海基础设施、海洋科技、海洋生态等支撑保障。随着我省海洋工程装备制造产业集群的加速崛起,一个具有国际竞争力的现代海洋产业体系正加快形成,为广东改革发展注入源源不断的“蓝色动力”。
“白鹤滩”号,中国首艘2000吨级第四代海上风电安装平台,船长126米、宽50米、型深10米,满载排水量3.7万吨,是国内起吊能力最强(2000吨)、作业水深最大(70米)、可变载荷最大(6500吨)、甲板面积最大(4200平方米)的自升自航式一体化风电安装平台,具备10兆瓦以上海上风电机组安装能力,能够满足深远海一体化海上风电施工作业需求,大幅提升我国海上风电施工作业能力。该平台由中国长江三峡集团投资,中船黄埔文冲船舶有限公司建造,其升降系统、起重机等核心装备均实现全面国产化,主要作业于我国广东、福建等海域。