超大型自航自升式海上风电安装船关键设计与建造技术

20182018 年国家科技进步奖提名项目公示年国家科技进步奖提名项目公示 一、一、项目名称项目名称超大型自航自升式海上风电安装船关键设计与建造技术 二、二、提名者及提名意见提名者及提名意见 提名者交通运输部提名者交通运输部 提名意见提名意见 该提名从我国海洋开发、 新能源开发的国家发展战略出发,针对我国海上风电场建设安装的专用重大装备的 先进设计与制造技术缺乏现状,开展产、学、研联合科技攻关。创新性的设计出了世界上第一台超大型自航自升 式海上风电安装船，集海上风电机组的装载运输、重型起重、动态定位等功能于一身，是船舶与海工平台的综 合体，是一种全新的超大型海洋工程技术装备。 项目针对海上风电安装特点，结合风电安装船应用海况条件，通过总体和结构性能研究，掌握了风电安装 船设计成套技术， 研发并建造了八边形桩腿和圆形桩腿两种新式超大型海上风电安装船。 突破了超大型风电安 装船总体、结构等设计关键技术，完成了 45m 水深范围内作业的超大型自航自升式海上风电安装船船型设计和 两型 4 艘船舶的建造；首次实现了超大型海上风电安装船平地高效建造，攻克了海上风电专用装备整体建造关 键技术， 比同类国际产品建造周期缩短了 3 个月； 针对 100mm 的 E690 超厚超强板焊接工艺及变形控制技术难题， 首次采用了桩腿建造高精度控制技术， 实现了桩腿一体化成型及 100无余量免加工建造；突破了自升式风电 安装船提升控制技术， 液压升降系统为桩腿提供最大 67500 吨及 49000 吨预压载力， 可提升船体重量 20000 吨以上。 提名项目对实现国家海上新能源开发的发展战略，突破我国风电安装船设计建造核心关键技术，形成具有 自主品牌的系列海上作业平台产品，促进海工装备业可持续发展、打造中国沿海海上风电产业基地和加快推进 我国海上风电场建设具有重要意义。产品填补国内空白，其整体技术居于国际先进水平，具有自主知识产权。 申报材料内容真实，材料完整，附件齐全，完成人员排序合理。 提名该项目为国家科学技术进步奖 二等奖。 三、项目简介三、项目简介 本成果属于交通运输行业中的船舶、舰船工程和机械制造工艺与设备交叉学科领域。 我国经济运行成本较高，GDP 能耗是世界上最高的国家之一，加上日益突出的生态环境问题，风力发电等清洁 能源开发刻不容缓，国家已将“绿色 GDP”和海洋开发、新能源开发提升至国家发展战略高度。但由于海上风电场 建设的专用装备还基本处于空白，导致我国风电资源开发仍主要集中在陆地及沿海滩涂，10-45 米水深区域风电开 发能力尚未获得有效突破，其根本原因是没有掌握海上风电安装重大装备的先进设计与制造技术。 本成果的完成单位从 2007 年开始，依托国家重点新产品计划、江苏省重大科技成果转化项目基金、江苏省科技 支撑计划项目基金和企业自筹研发等项目，深入系统地研究了超大型自航自升式海上风电安装船研制的成套关键技 术。 主要技术创新如下 创新点 1突破陆上风机安装和海上浮吊起重传统设计思路，结合应用海况条件，通过海上风电安装船总体和 结构性能研究，研发了八边形 6 根桩腿和圆形 4 根桩腿两种新船型，该船型集装载运输、自航自升、重型起重、动 态定位、海上作业等多种功能于一身，是世界上最先进的海上风电安装和运输作业的高效专业装备，可以适应任何 海域的近海风电场建设。 创新点 2采用了大型模块化建造、液压传动控制、提升自锁限位等全功能制造综合集成技术，首次实现了超 大型海上风电安装船平地高效建造，攻克了海上风电专用装备整体建造关键技术，比同类国际产品建造周期缩短了 3 个月。 创新点 3 首创桩腿变形控制和总成建造技术， 发明了一整套超高超厚强度钢焊接工艺， 解决了 100mm 厚的 E690 超厚超强板焊接工艺及变形控制，创造性的设计了自转式吊柱、超大吨位吊梁、自锁限位装置等工装，实现桩腿一 次性切割无修正工艺、一次成型并安装到位，完成了桩腿总成建造。桩腿直线度公差控制在5mm 范围内，桩腿对 角导轨板平行度控制在2mm 范围内，整条桩腿制作精度完全达到设计和使用要求。 创新点 4突破了自升式风电安装船提升控制核心技术，独立研发的液压桩腿升降系统为每根方型壳式桩腿提 供世界最强的 7500KN（千牛）预压载力，可提升船体重量 20000 吨。提升控制系统通过直观的操作界面，可实现整 船的提升控制。整船插桩试验方法、桩靴设计及冲桩系统研究，验证了桩腿及其系统设计及建造的创新。 该项目获得多项自主知识产权，共申请发明专利 41 件，已获授权 34 件；申请并已获授权实用新型专利 4 件。 编写企业标准 20 个，发表论文 14 篇，2012 年本装备获得国家科技部重点新产品及江苏省首台套重大装备认定。 本项目从近海风电能源开发的国家能源发展战略出发，针对海上风电安装专用装备的瓶颈问题，通过对总体和 结构性能、建造技术的大量研究工作，在载荷、结构设计、制造技术与工艺、桩腿总成建造、动力定位系统设计等 方面获得了创新性成果。成功制造出国际首台具有自主知识产权的超大型自航自升式海上风电安装船，该船集装载 运输、自航自升、重型起重、动态定位、海上作业等多种功能于一身，是一种全新的海洋工程船舶。该船最大载重 量 6000 吨，每次可载运10 套海上风电机组；艏部安装3 台侧向推进器，艉部安装3 台全向电力/液压推进器，设计 航速 12 节；采用 DP-2 动力定位系统，系统集成测量、控制、全向推进等功能，可保证船舶高精度定位；全船有六 根液压式自升桩腿，单根桩腿总长 70 米，提升能力 3750 吨，船体最大提升高度 50 米，可保证 45 米水深条件下的 安全作业，可快速平稳提升船体离开（风浪海面） ，成为安装作业平台；配备一台1000 吨主吊和一台 50 吨辅吊，海 面以上最大提升高度超过 120m，具备 7MW 海上风电机组整体吊装功能，可在 4.8 米浪高和 14 m/s 的风速下完成海 上风电机组的高精度高效吊装。进行了系列化研发及产业话，填补了国内该类船型空白，整体达国际领先水平。 申报单位新增产值 332428 万元，新增利税36521 万元（其中缴税总额5958 万元，净利润30563 万元） ，出口创 汇 51858 万美元；MPI 船东出租 E.ON 公司新增效益 2.4 亿美元（3 年合同金额） ，社会效益显著，具有广阔的应用前 景 四、客观评价四、客观评价 1 1、、权威检测机构评价权威检测机构评价项目产品满足 DNV 船舶规范和 MODU 海洋工程平台规范，符合 DNV CLEAN 绿色环保要求。 挪威船级社对本项目研制的海上风电安装作业平台，自开工建造之日起对材料使用、焊接质量等各个关键工艺环节 进行全程记录和监测，平台完工后对所有设计性能指标和系统的完整性及可靠性进行了严格检验，并颁发证书。 2、国家重点新产品认定、国家重点新产品认定2012 年“超大型海上风电安装作业平台”获得国家重点新产品认定； 3 3、行业影响、行业影响2012 年 10 月，海上风电安装船“东安吉 1 号”成功交付后，在英国北海作业，各项性能均得到 好评。 由于该船