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丘陵及沿海风电工程大型起重机械配置及优化
童文斌, 修春松, 程建棠
(浙江省火电建设企业,杭州 310016)

摘 要: 经过对风力发电基础情况、 技术发展新趋势、 关键施工特点及应用于风电安装关键施工机械介绍, 讨论了风机现场安装大型起重机械配置及其优化。
关键词: 丘陵; 沿海; 风力发电; 起重机械配置; 优化

1 引言
风力发电是目前技术最成熟, 最具规模开发和商业发展前景新能源之一, 在多年来国家政策大力支持下得到了快速发展。世界风能协会（WWEA）新公布《世界风电汇报》中中国大陆风电装机总容量已超出1200万千瓦, 同比增加106.5%, 成为继保加利亚外全球增加速度最快国家。
中国风电场在地理上关键分布在东北、 华北、 西北地域及东南沿海及其周围岛屿, 戈壁荒漠、 草原地域、 沿海滩涂、 潮间带、 海岛及山地丘陵等是风机部署比较经典区域。浙江火电建设企业多年来参与了多个丘陵、 沿海及海岛风电场建设, 取得了部分经验。下面结合多年来风电施工经验, 依据现在风电技术展现部分新趋势及常见于风电施工大型起重机械, 对丘陵及沿海风电工程施工环境分析下大型起重机械配置及其优化问题进行探讨。
2 风电技术发展新趋势及关键施工特点
2.1风电技术发展新趋势
现代风力发电技术不停发展日趋成熟, 风机制造技术正展现部分新发展趋势, 其中之一就是单机大容量化, 巨型风机相继出现。由德国Enercon企业生产E-112型风机即为当初已安装最大样机, 该样机额定功率达成4.5MW。现在, 2.0-3.0MW风机成为欧美发达国家主流机型。多年来, 欧洲面对陆地风能资源担心形势, 在对近海及海上风能资源开发中深入加紧了大容量风电机组发展, REPOWER SYSTEMS、 AG等企业5MW风电机组也已推出。被称为风电产业发展“方向中方向”海上风电场因不占用土地及海上风力资源丰富特点日益受到各国关注, 一批超大型风机相继在海上风电场投用。兆瓦级风电机组也已成为中国风电市场中主流机型, 1.5兆瓦机型在新开工项目中已占主导地位, 如江苏如东（二期100台1.5MW机型）、 启东（128台1.5MW机型）、 江苏东台（134台1.5MW机型）、 江苏大丰(94台1.5MW机型)、 吉林通榆(67台1.5MW机型)等风电场, 各关键中国厂家也都有开发2MW、 3 MW及以上风机计划。伴随12月东海大桥风电场计划建设34台单机容量3MW项目开启, 标志着海上风电也正式起步。
机组单机容量加大, 设备组件重量、 就位高度也对应增大。以往安装750KW风机设备中最重件机舱重量通常23~25t左右、 轮毂高50m左右。以现在大规模使用1.5MW风机为例, 机舱重量通常在52~60t之间, 塔架高度在65~82m之间; 企业刚安装完成沿海某大型风电场2MW风机, 轮毂标高达成90m, 机舱重量达80t。国外已大量安装3MW风机, 机舱重为115t, 塔架高度在70m~90m之间, 5MW风机机舱重量290t, 轮毂与机舱长度24 m, 塔架高度80 m~90 m。如此高度与重量设备, 对风机设备吊装配适用起重机械起升高度、 起重量提出了更高要求。
2.2 关键施工特点
风电场风机点多且分布散。以1.5MW机型为例, 同排风机机位与机位之间距离通常在500-700米左右, 部分在山区丘陵1.5MW风机机位甚至长达1.5公里。风电场施工过程配合起重机械在一台风机安装完成后必需经过长距离移位乃至拆装方可进行下一台风机施工。企业承建浙江苍南鹤顶山风电场分布于海拔650～700 m山顶、 括苍山风电场3分场则位于海拔1250～1350m山顶或山脊上, 每台施工均需要较长距离崎岖山路转场; 正在施工某大型沿海风电场, 170余台风机均分布在沿海滩涂及鱼塘内, 吊装转场更是需要方圆几公里。
风电场厂址本身对风力资源要求从而吊机将较长时间必需处于较大风力环境下作业或停置, 这么对起重机械本身及机械大风应急处理提出了更高要求。现场施工还存在着季节性、 间歇性特点。考虑到大风甚至台风及雨季, 有效施工期并非长时间连续性, 对叶轮受风面积大设备吊装还需侯风进行。
3 常见用于风电机组安装起重机械
常见于风电工程施工大型起重机械关键有汽车起重机（包含大吨位全地面起重机）、 履带式起重机和多年来发展起来风机安装专用起重机。
3.1 汽车式起重机作为移动式起重机, 因为其不用拆装（对安装中占主流大吨位全地面起重机转移配重需拆装但可实现自吊且无需其她配合机械）、 机动灵活、 行驶速度高、 转场速度快特点, 在风电场过程施工十分常见, 不管作为主力机械还是配合机械已成为施工必备起重机械之一。对于高山风电场, 考虑山路进场道路崎岖及运输成本, 汽车起重机尤其是大吨位全地面汽车起重机其优良山地行驶及爬坡性能, 已成为安装主力机械及配合机械最好选择。
3.2大型风电场及大机型风机在中国不停开发投用今天, 履带式起重机在其中占据着主导地位。履带式起重机履带板对地要求相对较低, 经过铺设钢板、 路基板等方法可在不平坦松软地面行驶和工作, 同时大型履带式起重机也有效处理了大型风机部件就位高度及设备重量大问题。
3.3伴随风电市场开发不停深入, 部分专为风电吊装设计新型起重机应运而生。国外著名起重机械厂商相继推出这类专用机型, 如英国WELDEX租赁企业窄轨距履带起重机, 格鲁夫转为风机安装开发GTK1100新型塔式起重机（120m高度起重量达成70t, 最大起升高度达成140m）, Liebherr企业也推出了窄轨距LR1400/2-W型（400t）、 LTM变幅桁架系列如: LTM1400-7.1（400t）、 LTM 1500-8.1（500t, 可带超起及副臂桁架, 起升高度达成145m）及最新推出伸缩臂履带式起重机LTR11200（综合了LTM 11200-9.1全路面起重机及窄轨距履带设计）; Demag企业推出了窄轨距CC2800-1NT型600t产品; Manitowoc企业推出了16000型带小副臂400t履带起重机。
中国部分关键起重机械厂商依据中国风电发展现实状况及趋势,也已推出或正在研制相关产品, 如三一科技已推出1.5MW机组安装专用机SCC2800SW(全工况窄轨距移位同时实现重心动态调整)及将要推出650t风电安装专用履带吊及中昇建机已推出为1.5MW机型安装专门设计ZSTL1350轮胎行走式起重机。
4 大型起重机械配置及优化
现场施工环境及现有起重机械资源显然是选择风机安装配合大型起重机械关键原因。下面就以山地丘陵及沿海滩涂施工环境下风机安装为例, 对大型起重机械配置及优化做一分析。
4.1 企业近期安装完成温州洞头风电场风机位于洞头县北岙镇（群）山上, 工程区略呈三条线状, 从公路到各风机安装场地新建道路,路面宽度为4.5m,泥结碎石路面。该机组轮毂高度50m, 最重件机舱(含发电机及排气罩和气象架)重23.5t, 选择风机设备吊装配合机械为: 一台LTM1300全地面汽车起重机（下称: 300t汽车吊）作为主力起重机械, 一台50t; 汽车起重机作为辅助吊机, 其中300t汽车吊机臂长60m, 12米幅度许可吊重30.5t, 起升高度59.2m, 满足塔架、 主机、 及叶片吊装起重量及高度要求; 50t汽车吊作为辅助吊车, 负责塔架抬吊卸车、 吊装翻身及叶片组件组合及其翻身吊装配合等。
在上述地处山地丘陵区域风电场风机安装中, 因为地势高、 各台风机分布分散, 进场道路崎岖、 转场成本等多重原因影响, 传统汽车起重机尤其是全地面汽车起重机良好山地行驶及爬坡性能往往成了设备吊装配合机械最好选择, 履带式起重机在这类风电场中适用性较差, 除非无适宜移动式起重机通常使用较少。
4.2 中国某大型沿海风电场选址在当地风力资源丰富沿海滩涂上, 现场地势低洼, 季风盛行。该工程项目大部分风机位于土海堤外植被发育滩涂上, 少部分位于土海堤与永久海堤公路之间鱼塘内, 滩涂区受潮汐影响大, 以1.5MW机型为例, 风机横纵向间隔400-500m, 一百多台风机分布多个区块, 延绵几公里。
750KW风机基础环11.36t, 塔架下段（最重段）重31.8t, 机舱含发动机重22.5t, 发电机中心标高60m。风机基础包含基础环预埋、 混凝土保养有相对固定一个施工周期, 因为设备吊装（特殊天气原因无法施工除外）通常1.5天左右可完成, 基础安装可利用小吨位汽车吊配合施工先铺开, 一定数量基础环安装后大型机械可安排进场安装, 最大程度避免出现大型机械频繁间歇性闲置等问题。考虑到气候及潮汐对施工工期影响较大, 为加紧施工进度, 基坑采取了大开挖方法, 开挖直径14.5m同时对吊机停放区进行加固维护, 选择了P&H790型汽车起重机主臂30.48m工况作为基础环及接下来塔架下段吊装配合吊机。安装大工作量上来后, 安排150t履带式起重机负责除塔架下段外以上部分吊装, 50ｔ汽车吊则负责塔架、 叶片卸车、 翻身等配合工作。这么, 统一了基础环预埋与主体设备安装不一样进度问题, 也节省了一定大型吊机费用。
1500KW机组风机发电机与机舱分开, 其中发电机重45t、 机舱重11.8t, 安装过程中使用了400t履带式起重机作为安装主力吊机, 50t汽车吊则作为配合机械。400t履带吊HJ86m混合主臂22m吊装幅度时额定起重量为56t, 在吊装塔架上部最重件发电机时吊机负载率为84.5%, 吊装过程吊机臂架与机舱有足够安全距离。当然, 也可选择部分500t全地面起重机作为主安装吊机, 如DEMAG AC500-2型全地面起重机（该机型WIHI 47.2+4+30m工况（主臂角HA83°）22m幅度时额定起重量为55.1t, 符合吊装要求, 或LiebherrLTM1500-8.1（该500t汽车吊84m臂机型TY3N工况, 57.7+4+21m, 主臂角83度, 20m幅度额定起重量53t）。这里还包含到就是塔架、 叶片等组件到现场后卸车起重机械选择问题。考虑到风机点多且分布散, 为尽可能降低设备二次倒运, 设备到现场后通常都会直接放置到安装现场, 能够选择160t-200t汽车吊作为各点卸车如同时兼顾基础环吊装用可选择200t汽车起重机。
在该风电场新安装首台2MW风机样机, 轮毂中心标高90m, 机舱重量85t, 叶轮直径93m、 重45t。实际选择了1台630t履带吊作为主力吊机, 吊机采取LJD塔式工况(L: 73m, J: 36m, 不带超起), 吊机在22m幅度时额定起重量为115.5t, 机舱就位时对应臂架中心与机舱中心理论间距7.4m, 顺利完成了机舱主体吊装。履带式起重机带超起工况下吊机可选小些, 如江苏如东安装2MW风机（机舱90t, 高度79m）选择了SCC4000主臂96m带超起工况, 24m幅度额定起重量114t, 顺利完成了机舱就位安装, 带超起工况考虑到超起配重拆装及场地原因, 如风机数量多转移起来并不是很方便。当然2台400t塔式工况抬吊方法吊装机舱还是可行, 但实际施工中应用不多。能够看到, 2MW风机安装通常需选择600t及以上履带式起重机作为主力吊机, 从几大制造厂家还了解到后期部分2MW机组风机设计也会从设备重量、 高度出发合适考虑降低大型起重机械配置问题。
4.3 除上述介绍安装常规主力施工机械外, 前面提到部分风机安装专用吊机也逐步应用到实际安装工程中。中国如内蒙古察右中旗风电项目安装过程中应用了中昇建机推出ZSTL1350轮胎行走式起重机（1.5MW机型安装专用机）; 三一科技SCC2800SW(1.5MW专用机)也在新疆等风电项目中投用。
伴随风电市场不停深入发展, 风机安装专用机型因为其在起升高度、 对现场道路适应程度方面有着独特优势, 同时其起重量也不小, 一样也将占一席之地。
5 结束语
　　经过上面对山地丘陵、 沿海风电场安装用施工机械配置介绍与分析, 能够看到不一样施工环境下施工机械配置往往不一样, 只有从现场实际出发综合考虑施工环境、 吊机资源、 设备到货、 进度控制等原因才能做到最优化施工机械配置。

参考文件:
刘朋光.中国风力发电现实状况和前景[M]; 林业科技情报, VOl.40NO.3

作者介绍: 童文斌(1976-),男, 浙江杭州, 本科, 工程师, 关键从事电力工程项目建设技术、 管理工作;
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