一种基于自安装概念的海上风电升压站平台及其安装方法

技术领域

本发明涉及海上升压站，尤其涉及一种基于自安装概念的海上风电升压站平台及其安装方法。

背景技术

海上升压站是海上风电场中输变电的关键设施，海上风力发电机产生的电能在此汇集并进行升压，升压后的电能通过海缆输送到陆地电网上，以此减少能量在传输电缆上的损耗。

海上升压站通常把升压设施放在导管架平台上，导管架通常采用钢管桩作为平台基础。基于桩基导管架的海上升压站的安装通常分为四步：1）导管架临时就位，2）桩基沉桩，3）灌浆连接桩基与导管架，4）上部组块安装。

采用导管架安装方式的海上升压站施工过程需要动用大型的海上施工装备，如海上打桩锤和海上重型吊机等，海上安装时间长、成本高、风险大。此外，海上风电场的开发周期结束后，桩基导管架平台的弃置较为困难，平台的回收利用率较低，也间接增加了海上风电的开发成本。

发明内容

为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种基于自安装概念的海上风电升压站平台及其安装方法。

本发明提供了一种基于自安装概念的海上风电升压站平台，包括上部组块、导管架、升降系统、箱型/筒型基础和箱式平台甲板，所述箱式平台甲板上设有贯穿其上下两端的升降滑槽，所述导管架穿设在所述升降滑槽之内，所述导管架的底端与所述箱型/筒型基础连接，所述上部组块、升降系统分别固定在所述箱式平台甲板上，所述升降系统与所述导管架连接，驱动所述导管架沿所述升降滑槽进行升降运动，所述升降系统用于调整所述箱型/筒型基础、箱式平台甲板之间的相对高度差。

作为本发明的进一步改进，所述箱型/筒型基础上设有抽水孔，所述抽水孔连接有抽水装置。

作为本发明的进一步改进，所述箱型/筒型基础为下端开口的盒体。

作为本发明的进一步改进，所述箱式平台甲板的内部具有封闭空间，所述箱型/筒型基础的内部设有隔板或者加筋板，形成多个隔间。

作为本发明的进一步改进，所述箱型/筒型基础上设有注浆孔，所述注浆孔连接有注浆装置。

作为本发明的进一步改进，所述箱型/筒型基础、箱式平台甲板平行设置，所述箱型/筒型基础位于所述箱式平台甲板的下方，所述导管架垂直于所述箱型/筒型基础。

作为本发明的进一步改进，所述上部组块为海上风电升压装置，所述导管架的上下外形一致。

本发明还提供了一种基于自安装概念的海上风电升压站平台的安装方法，包括以下步骤：

第一步，建造和组装如上述中任一项所述的海上风电升压站平台；

第二步，将所述海上风电升压站平台拖至预定区域；

第三步，启动所述升降系统，驱动所述导管架沿所述升降滑槽向下滑移，从而带动所述箱型/筒型基础向下滑移，直至所述箱型/筒型基础接触并贴合海床；

第四步，向所述箱型/筒型基础内注浆，以置换所述箱型/筒型基础内的残留水；

第五步，通过所述升降系统将所述箱式平台甲板举升到海平面以上。

作为本发明的进一步改进，在船坞内完成所述海上风电升压站平台的建造和组装，通过滑轨或者吊车将组装好的所述海上风电升压站平台装载到下潜式驳船上，通过下潜式驳船将所述海上风电升压站平台拖至预定区域，下潜式驳船下潜，实现所述海上风电升压站平台的卸载。

作为本发明的进一步改进，在第三步中，在所述箱型/筒型基础向下滑移的过程中，通过所述箱型/筒型基础上预留的抽水孔向外抽水。

本发明的有益效果是：通过上述方案，可以实现海上风电升压站平台在海上的一体化安装，避免海上打桩锤和重型吊机等装备的使用，并在较短时间内完成海上安装；此外，在海上风电升压站平台的开发周期结束后，新型平台可以通过安装的逆操作，方便地从海床内拔出，并迁移到其它场地继续使用，提高回收利用率，进一步降低海上风电的开发成本。

附图说明

图1是本发明一种基于自安装概念的海上风电升压站平台的建造和组装的示意图。

图2是本发明一种基于自安装概念的海上风电升压站平台的装载示意图。

图3是本发明一种基于自安装概念的海上风电升压站平台的卸载示意图。

图4是本发明一种基于自安装概念的海上风电升压站平台的举升示意图。

图5是本发明一种基于自安装概念的海上风电升压站平台的基础就位示意图。

图6是本发明一种基于自安装概念的海上风电升压站平台的甲板就位和运营示意图。

具体实施方式

下面结合附图说明及具体实施方式对本发明作进一步说明。

如图1至图6所示，一种基于自安装概念的海上风电升压站平台，包括上部组块2、导管架3、升降系统、箱型/筒型基础4和箱式平台甲板1，所述箱式平台甲板1上设有贯穿其上下两端的升降滑槽，所述导管架3穿设在所述升降滑槽之内，所述导管架3的底端与所述箱型/筒型基础4连接，所述上部组块2、升降系统分别固定在所述箱式平台甲板1上，所述升降系统与所述导管架3连接，驱动所述导管架3沿所述升降滑槽进行升降运动，所述升降系统的作用是控制箱型/筒型基础4和箱式平台甲板1两者的相对距离。

如图1至图6所示，所述箱型/筒型基础4、箱式平台甲板1平行设置，所述箱型/筒型基础4位于所述箱式平台甲板1的下方，所述导管架3垂直于所述箱型/筒型基础4。

如图1至图6所示，所述上部组块2与常规升压站一致，是海上风电升压装置的组合。

如图1至图6所示，传统导管架通常采用上小下大的结构形式，而新型导管架3在外形上上下一致。新型导管架3除了支撑作用外，在安装阶段还是导管架甲板与基础相对位移的传递者。

如图1至图6所示，与常规自升式钻井船的举升系统相似，升降系统包括升降电机、控制系统、齿轮变速箱、齿条、滑槽等，布置在箱型/筒型基础4、箱式平台甲板1、导管架3上，用于调整箱式平台甲板1与箱型/筒型基础4之间的相对高差。

如图1至图6所示，新型平台采用单个或者多个箱型/筒型基础4代替常规导管架所用的桩基础。箱型/筒型基础4在外形上像一个倒扣的盒子，下端开口，在平台自重和抽水在基础内部产生的负压的作用下，下沉到海床内预定深度。当箱型/筒型基础4完全就位后，海床面应与基底贴合。根据上部荷载和环境荷载的分布特征以及应用需要，新型平台可采用单个或者多个不同形状的箱型/筒型基础4，以优化基础的安装和在位性能。箱型/筒型基础4可采用隔板或者加筋板，形成多个隔间，保证基础安装和在位工况下结构的完整性。

如图1至图6所示，平台采用新型的箱式平台甲板1，箱式平台甲板1上部用于放置上部组块2。箱式平台甲板1内部形成封闭空间，在浸没时，可形成可观的浮力，用于辅助新型平台的拖航（湿拖）、安装和回收操作。传统导管架平台甲板仅仅提供了一个放置上部组块的工作平面。

一种基于自安装概念的海上风电升压站平台的安装方法，包括以下步骤：

第一步：新型平台的建造和组装；

如图1所示，新型平台的建造和组装在船坞内完成。上部组块2、箱式平台甲板1及箱型/筒型基础4可分开单独建造。在各部分建造完成后，上部组块2固定在箱式平台甲板1上，然后与箱式平台甲板1一起吊装到箱型/筒型基础4上。导管架3吊装在箱式平台甲板1和箱型/筒型基础4设定的升降滑槽内。升降系统安装在箱型/筒型基础4顶部和箱式平台甲板1上，并与导管架3相连，用于调整箱式平台甲板1（包括上部组块）与箱式平台甲板1之间的相对位置。箱型/筒型基础4与箱式平台甲板1结构需要通过卡具等工具临时固定在一起，在海上安装时，箱型/筒型基础4与箱式平台甲板1可以方便地解脱。

第二步：新型平台的装载；

在平台完成组装后，平台作为一个整体，可通过滑轨或者吊车装载到下潜式驳船上，如图2所示。当船坞的水深条件允许时，可以跳过第二步，实现平台在船坞直接下水并湿拖至指定海域，从而避免平台的装载和下潜式驳船的应用。

第三步：新型平台在临时位置的卸载；

如图3所示，新型平台拖航至预定区域，下潜式驳船下潜实现自安装平台的卸载。此时，平台通过箱式甲板的浮力，漂浮在海面上。其后，在合适的海况及工作条件下，平台可采用湿拖的方式，由驳船拖航至平台预定的作业场址。

第四步：新型平台的举升；

平台从临时位置拖航至预定的平台场址后，启动升降系统（又称举升系统），导管架沿着滑槽向下滑移，带动箱型/筒型基础接近海床面，如图4所示。

第五步：新型平台的基础就位

如图5所示，在平台基础接触海床后，箱型/筒型基础4在平台自重和施加的负水压作用下逐渐沉入海床。在平台基础就位的过程中，可以通过举升，逐渐减小箱式平台甲板1的吃水深度，从而减小箱式平台甲板1产生的浮力，增加箱型/筒型基础4所承受的平台自重。与此同时，可以通过箱型/筒型基础4上预留的抽水孔41向外抽水，此时箱型/筒型基础4内部的水压相对于箱型/筒型基础4外部水压为负，所形成的压力差是促使箱型/筒型基础4下沉的动力。当箱型/筒型基础4完全就位时，海床面应与箱型/筒型基础4底面基本贴合，为帮助实现此目的，可在箱型/筒型基础4安装的最后阶段，通过箱型/筒型基础4上的预留孔，向箱型/筒型基础4内注浆，置换箱型/筒型基础4内的残留水。

第六步：新型平台的甲板就位和运营

如图6所示，在基础安装完毕后，举升系统把箱式平台甲板1举升到海面以上一定高度，平台进入运营工作阶段。箱式平台甲板1可以作为临时的存储装置。

第七步：新型平台的回收和移位

在海上风电场的开发周期结束后，新型平台可以通过上述第六步-第四步的逆操作，即：举升系统把箱式平台甲板1降至水面下一定深度；通过平台自身产生的浮力和向箱型/筒型基础4内部注水形成的正水压，把箱型/筒型基础4从海床内拔出；举升系统继续提升箱型/筒型基础4并与箱式平台甲板1底部贴合，箱型/筒型基础4与箱式平台甲板1通过卡具临时固定在一起；新型平台可以通过湿拖的方式，由驳船拖往下一个工作场址。

本发明提供的一种基于自安装概念的海上风电升压站平台及其安装方法，可显著减少海上升压站的建设成本，新型海上风电升压站平台的主要组成特征包括：1）引入传统桩基导管架平台所没有的升降系统；2）采用箱型/筒型基础4替代常规导管架平台的桩基础，3）采用箱式平台甲板1代替传统平台的平面式甲板。新型平台的主要安装特征为：1）利用平台自身浮力和升降系统，实现海上风电升压站平台浮拖就位；2）利用平台自身重力，并借助抽水在箱型/筒型基础4内部形成的负压，实现基础就位。从而实现海上升压站平台在海上的一体化安装，避免海上打桩锤和重型吊机等装备的使用，并在较短时间内完成海上安装。此外，在海上风电场的开发周期结束后，新型平台可以通过安装的逆操作，方便地从海床内拔出，并迁移到其它场地继续使用，提高回收利用率，进一步降低海上风电的开发成本。

在我国沿海的海上风电开发领域，广泛存在基岩掩埋较浅且起伏较大的工程地质现象，是对传统桩基及桩基导管架平台的特殊挑战。新型平台采用的箱型/筒形基础4入泥深度较小，基于箱型/筒型基础4的新型自安装平台在基岩掩埋较浅海域的技术优势更为明显。此外，冲刷是海工基础通常需要考虑的工程现象，相比传统桩基础，箱型/筒形基础4有较为优越的抗冲刷性能。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。