一种用于海上风机运维的登靠装置

完成单位：长江三峡集团福建能源投资有限公司

主要完成人：李智、雷增卷、范丽燕

一、研发背景

（一）海上风电发展现状

我国拥有18000多公里长的海岸线，可利用海域面积多达300万平方公里，是世界上海上风能资源最丰富的国家之一。大力发展可再生能源发电是我国锚定“碳达峰、碳中和”目标、推进清洁低碳、安全高效能源体系建设的重要举措。其中，海上风电因风能储量丰富、发电功率高、发电时间长、邻近负荷中心、不受地形限制等优势，已成为最具潜力的新能源发电形式之一。2021年，我国海上风电新增装机容量为10.8GW，累计装机容量达26.4GW，新增装机容量和累计装机容量均稳居世界首位。

海上风电在国家推进能源革命战略上，发挥了至关重要的作用。“双碳”目标发布以来，沿海各省基于消纳和风资源优势纷纷积极响应，将海上风电作为“十四五”期间新能源发展的重要方向。我国海上风电产业表现出超强的弹性和巨大的潜力，海上风电在“十四五”期间势必将再次迎来蓬勃发展。

（二）海上风机运维技术现状

海上风机及其他海上构筑物平台在运行期间均需要不同程度、不同频率的运维或检修，随着海上风电产业的迅猛发展，海上风电运维需要与日俱增，对运维技术装备的要求也逐步提高。相对于陆上风电机组来说，海上风电机组运行的环境更加恶劣，设备故障率相对较高。随着海上风电的发展，风电场建在离岸更远、水深更深的水域，运维难度逐步增大、运维可达性较差。

国内现有海上风机运维登乘方案多是运维船顶靠或侧靠在海上风电机组基础上，然后维护人员从运维船爬上风机。若因为风浪，运维人员无法及时登陆风机进行维护，将造成发电量损失，因此海上风机运维可达性与及时性至关重要。

现有的登乘方案存在以下问题：

1.由于运维船在海面上是多方向运动的，稳定性差，当风浪较大时，船舶运动剧烈，运维人员从运维船爬上风机将非常危险；

2.现有的带波浪补偿的六自由度登乘装置费用非常昂贵而且需要专业人士操作；

3.登靠装置长期暴露在高温、高湿及高盐雾的海洋环境中，容易造成装置锈蚀，影响登靠装置的使用寿命。

针对上述问题，需要设计一个集安全性强、稳定性高、经济性好等优点于一身的登靠装置。基于此，长江三峡集团福建能源投资有限公司发明了“一种用于海上风机运维的登靠装置”，以解决上述问题。

（三）专利成果来源

为了解决海上风电运维可达性差的难题，2020年，福建能投公司开展了三峡集团科研项目“海上风电场可达性影响因素分析及应用研究”（项目金额160万元）。该科研项目主要研究内容包括：研究海洋环境参数、气象参数、风电场总体布置、船舶装备、基础攀爬设施与登靠装置、运维策略、航程等对运维可达性的影响；并通过经济效益分析，确定满足风电场全寿命周期经济性最佳的可达性特征值与运维方案。

海上风机运维的登靠方案，是影响海上风电运维可达性的重要因素。通过设计安全稳定、寿命长、经济高效的海上风电运维登靠装置，可以有效提高风场可达性，保证风机及时维护、维修。通过该项目研究，促进了本发明成果的形成。

二、发明团队介绍

一种用于海上风机运维的登靠装置，专利权人长江三峡集团福建能源投资有限公司，主要发明人李智、雷增卷、范丽燕。

发明团队在海上风电开发建设过程中，结合海上风电运维可达性科研研究，针对传统海上风电运维登靠方案稳定性差、危险性高等弊端，通过前期的现场调研、行业技术交流等，积极思考，团结协作，开拓创新，发明了一种海上风机运维登靠装置，提高了海上风电运维可达性与安全性，增加了海上风电场发电量和发电收益。发明团队具体介绍如下：

（一）长江三峡集团福建能源投资有限公司

长江三峡集团福建能源投资有限公司（简称三峡福建能投公司）成立于2016年5月，与中国长江三峡集团有限公司福建分公司合署办公，下设六家控股公司，五家参股公司，注册资本53.06亿元。三峡福建能投公司以国家新能源产业发展战略为指引，全面负责福建区域海上风电开发、产业园建设、海洋工程、装备制造等业务，通过海上风电集中连片规模开发，带动我国海上风电装备制造水平和创新能力提高，全力打造海上风电全产业链，实现中国三峡集团“从长江走向海洋，做海上风电引领者；从福建走向世界，让中国装备全球”的目标，为中国三峡集团加快创建世界一流示范企业贡献力量。

目前，三峡福建能投公司已建成全球首个国际化大功率样机试验风场——兴化湾一期海上风电场，实现了兴化湾二期海上风电场全容量并网发电，创造了机型最多最新、单机容量最大等多项纪录；建成国内首个大批量运用8MW、10MW大容量风机的海上风电项目——长乐外海海上风电场A区项目；正在加快建设平潭外海、漳浦六鳌海上风电项目，多个项目即将核准。国内首个海上风电全产业链产业园全面建成，形成海上风电整机研发、制造全产业链，5家入园企业具备批量生产能力，园区产品不仅在福建应用且销往省外、 出口国外等“一带一路”沿线国家，实现了“立足福建、面向全国、辐射全球”的目标。我国自主研发的首台套6.7MW、8MW、10MW、13MW、13.6MW和16MW大容量海上风电机组均在产业园下线，6.7MW、8MW、10MW风机已成功吊装运行，创连续满发电量等多项纪录，标志着我国具备10兆瓦及以上大容量海上风机自主设计、研发、制造、安装、调试、运行能力。同时，三峡福建能投公司实施“一主多元” 战略，业务逐步拓展到抽蓄、光伏、综合能源等领域。“十四五”时期，三峡福建能投公司将进一步开拓思路、创新方法，努力为推动我国海上风电产业发展、推动福建清洁能源转型升级贡献更多三峡力量。

三峡福建能投公司始终秉持创新驱动发展的战略理念，坚持科技创新，促进科技成果转化，加强知识产权规划布局，培育一批高价值专利及技术成果。通过在科研、设计、生产、建设、技改、经营等过程中充分开展创新工作与专利技术挖掘，截至目前，三峡福建能投公司共计申请专利87项（国内发明专利20项，国内实用新型专利61项，国际专利6项），其中已授权专利71项（国内发明专利4项，实用新型专利61项，国际专利6项）；已登记软件著作权12项；主编或参编技术标准共计25项，其中主编海上风电行业标准3项，参编行业标准5项，主编三峡企业标准17项；组织编撰《大容量海上风电机组奥林匹克赛场》专著1部。

三峡福建能投公司积极以科技与工程技术创新成果申报内外部科技奖项，截至目前，共获得省部级/行业学会奖项11项，三峡集团内部科技奖项4项；成功获批国家能源局2021年度能源领域首台（套）重大技术装备1项；承担国家级重点科研项目1项。

（二）第一发明人

本专利的第1发明人，李智，男，1981年生，正高级工程师，现任三峡集团新能源事业部建设管理处处长，曾任三峡福建能投公司工程管理部经理，主要从事新能源开发建设。自2018年至三峡福建能投公司从事海上风电工程建设以来，长年坚守工程一线，全身心投入工作，在他的努力推动下，解决了许多施工现场技术难题和管理难题，福建能投公司顺利建成福清兴化湾海上风电场一期、二期项目与长乐外海海上风电场A区项目，实现全容量并网发电；2017年获得“中国电力优秀青年工程师奖”；2020年获得中国能源研究会“优秀科技工作者”；2020年、2022年连续2次被福建省委组织、省人社厅评选为“福建省高层次引进人才（C类）”。曾荣获三峡集团公司技术总结一等奖2项（排名第1），集团首届科技进步二等奖1项（排名第1），累计获得集团公司各类科技创新成果奖励超100次。在科技工作上，以第1发明人取得6项国际专利授权，19项国内专利授权（发明专利5项）、11项软件著作权、发表20篇SCI\EI检索论文，累计完成三峡集团企业标准17个，主编行业标准3项，取得省部级科技奖励10项。经4次答辩，8次修改补充，助力三峡集团公司成功揭榜“海上风电机组及送出技术研发项目”，取得国拨资金1.4亿元。

（三）其他发明人

雷增卷，男，1963年生，高级经济师，现任三峡福建能投公司执行董事、党委书记，主要从事海上风电开发建设，参与本专利发明创造。统筹协调三峡福建能投公司海上风电场开发建设工作顺利实施，包括项目的规划计划、工程建设中管理协调及组织技术攻关及项目运行、运维等，顺利建成福清兴化湾海上风电场一期、二期项目与长乐外海海上风电场A区项目，实现全容量并网发电。作为主要完成人获得众多科技奖励，其中，《兴化湾样机海上风电场关键技术及其工程应用》获三峡集团公司2020年科技进步奖二等奖（排名第3）、中国电机工程学会2019年电力科学技术奖三等奖（排名第4）；《海上风电场海域交通安全管理平台》获中国电力技术市场协会金苹果奖三等奖（排名第1）；《福建三峡海上风电国际产业园管理创新成果》获三峡集团公司管理创新奖三等奖（排名第1）；《大容量海上风电项目研发与实践关键技术》获中国水力发电工程学会2020年水力发电科学技术奖二等奖（排名第2）。取得12项专利授权（作为第一发明人共6项）、12项软件著作权等成果。

范丽燕，女，现任三峡福建能投公司工程管理部主管，主要从事海上风电工程建设，参与本专利发明创造。

三、专利简介

（一）基本信息

“一种用于海上风机运维的登靠装置”专利成果，于2021年11月5日获得发明专利授权，专利权人为长江三峡集团福建能源投资有限公司，发明人李智、雷增卷、范丽燕，IPC主分类号为IPC(8)：B63B27/14。

本发明公开了在海上风电技术领域具体为一种用于海上风机运维的登靠装置，在海上风电运维船船艏甲板上设置登靠装置，供海上风电运维船登靠风机承台或其他海上平台时使用，用于运维船与风机靠船桩的连接和运维人员的登陆，具有安全性强、稳定性高、经济性好的优点，是海上风电运维领域核心基础性专利、高价值专利。

以本专利为核心专利，长江三峡集团福建能源投资有限公司针对海上风电运维登乘关键技术开展了一系列知识产权布局，围绕本专利申请了：1项国际发明专利：一种用于海上风机运维登靠装置的收纳装置、1项国际实用新型专利：一种海上风机承台主动补偿登乘装置和4项国内实用新型专利：一种海上风机承台主动补偿登乘装置、一种海上风电维护登靠用锁死装置、一种用于海上风机运维登靠装置的收纳装置、一种用于海上风机运维登靠的平衡结构，1项软件著作权：用于海上风机运维的登靠控制软件V1.0，系列知识产权（详见表1）分别从海上风电登乘装置的抱桩锁死装置、收纳装置、平衡结构等方面为本专利提供保护，且均已获得授权。

表1 海上风电运维登乘系列知识产权

（二）专利技术介绍

1.技术特征

一种用于海上风机运维的登靠装置，登靠装置包括一侧设有开口的收纳室，收纳室开口处设置有可向上收卷的卷帘门，收纳室设置在运维船甲板上，收纳室内腔远离靠船桩的侧壁上设置有安装板，安装板靠近开口的一侧面两两对称固接有第一铰接座，位于同侧两组第一铰接座之间铰接有剪叉式伸缩架，剪叉式伸缩架中间铰接部固接有固定柱，两侧固定柱底部之间固接有伸缩板。在收纳室内腔相对两侧壁对称设置有若干组热风。

第一铰接座外侧设置有第一伺服电缸，第一伺服电缸内部活塞杆远离安装板的一端固接有抱桩组件，抱桩组件包括壳体、螺杆、挡环、弧形夹爪、转动电机，能够电机驱动抱紧海上风电基础管桩。

2.登靠过程

运维船在行进靠近靠船桩后，使运维船的船艏正对靠船桩，然后打开卷帘门，并启动第一伺服电缸，带动剪叉式伸缩架、固定柱和伸缩板伸长(剪叉式伸缩架、固定柱和伸缩板的材料均为不锈钢材质)，从而使抱桩组件靠近靠船桩；然后启动转动电机(两组转动电机为同步电机)，转动电机转动带动螺杆转动，从而带动两组弧形夹爪相向滑动，进而抱紧靠船桩，完成剪叉式伸缩架、固定柱和伸缩板的固定，且在抱桩过程中，通过启动第二伺服电缸，第二伺服电缸推动第一伺服电缸上下摆动，从而调节弧形夹爪的高度，使抱桩过程的效率更高；抱紧完成后，运维人员通过剪叉式伸缩架、固定柱和伸缩板组成的登陆梯登陆到海上风电机进行维修，且在登陆过程中，安全绳能够起到防护栏的作用保护运维人员。

在登靠装置抱紧靠船桩后，当运维船由于海水的波浪而上下晃动时，收纳室随着运维船上下晃动，晃动时安装板与固定杆之间相对滑动，并挤压弹簧，从而吸收运维船的晃动力，使晃动力不会传递到安装板上，进而保证登陆梯的稳定性。

3.技术优势

本专利从收纳室、铰接座、安装板、伸缩板、伺服电缸、固定块、抱桩组件等详细描述了整个海上风机运维的登靠装置，具有如下技术优势：

（1）登乘装置防腐蚀防损坏能力强，使用寿命长。

本发明通过设置收纳室、安装板、第一铰接座、剪叉式伸缩架和伸缩板等，在登靠装置使用完成后能够对登靠装置进行收缩折叠，并且收纳在收纳室内，然后放下卷帘门，从而对登靠装置进行保护避免登靠装置暴露在外部而造成损坏，提高登靠装置的使用寿命。

此外，在收纳室内腔相对两侧壁对称设置有若干组热风机，在由剪叉式伸缩架、固定柱和伸缩板组成的登陆梯收缩到收纳室内后，能够通过热风机对登陆梯进行吹气，从而对登陆梯进行烘干，避免表面夹带海水而产生锈蚀。

（2）抵抗运维船晃动力效果好、登乘装置稳定、登乘时风险小。

本专利的通过剪叉式伸缩架和伸缩板的收缩和弹簧的压缩削弱运维船晃动力对登靠装置的影响，通过抱桩组件能够电机驱动抱紧海上风电基础管桩，能够大大减少运维船剧烈运动带来的运维人员登爬风险。

四、专利转化情况介绍

（一）自行实施

长江三峡集团福建能源投资有限公司作为该发明专利的专利权人，拟在福清兴化湾海上风电场一期和二期项目、长乐外海海上风电场A区项目上应用该技术方案，为风场运维船舶配置该登靠装置。通过该专利的实施，将在福建区域海上风电场运维中有效延长运维检修时间，减少运维人员登乘风险，促进专利推广应用。

（二）专利许可

长江三峡集团福建能源投资有限公司作为该发明专利的专利权人，拟将专利权以技术转让（专利实施许可）合同的方式许可三峡新能源海上风电运维江苏有限公司、福建福船投资有限公司等风电场运维、船舶制造单位实施本项专利，促进专利大范围有效实施，更多运维船舶配置该登靠装置，促进专利价值实现。

五、经济效益与社会效益介绍

（一）经济效益分析

本专利公开的海上风电运维登靠装置，能够适用于多数海上风电场运维船只，通过安装该登乘装置，能够有效提高运维登靠稳定性，增加海上风电可达性，增加有效运维检修时间，提升发电量，增加发电收益；也能避免运维船顶靠对海上风电风机基础结构带来的撞击变形等问题，减少风机基础维护成本。

长江三峡集团福建能源投资有限公司作为本发明专利的专利权人，通过自行实施与专利许可等方式，为更多风场运维船舶或渔船、货船等配置该登靠装置，促进专利有效推广应用，创造更大的经济效益。根据“海上风电场可达性影响因素分析及应用研究”结论，通过加装船舶登靠装置提高船舶登靠能力，提升运维可达性，可有效提高整个风场的经济效益。本专利市场转化经济效益预期超过500万元。

（二）社会效益分析

目前，海上风电行业运维船多采用顶靠登乘的方法，本专利创新形成了安全可靠、长寿耐用、对风机友好的新型海上风机运维登靠装置，能够有效避免运维船晃动、登乘装置锈蚀和损坏等带来的运维登乘风险，增加海上风电可达性，是未来海上风电行业运维安全、友好登靠的发展趋势。主要社会效益具体包括：

1.本专利公开的海上风电运维登靠装置，能够适用于我国近海区域所有海上风电场运维船只，通过安装该登乘装置，能够有效避免运维船晃动、登乘装置锈蚀和损坏等带来的运维登乘风险，提高运维时间，减少发电损失，在海上风电运维领域具有一定的技术引领作用。

2.本专利公开的登靠装置，通过电机驱动抱桩及剪叉式伸缩架的缓冲，可大大减少登靠风机时船身晃动，减少运维人员登承风险，降低人员落水风险，有利于促进海上风电行业交通、作业安全。

3.随着海上风电向深远海发展，运维可达性是影响风场效益的关键因素。本专利公开的技术方案，通过提高船舶登靠风机的稳定性，可以为海上风电场提高可达性提供技术借鉴。

4.本专利公开的海上风电运维登靠装置，还可以应用于渔船或货船，便于相关船泊登乘码头，具有较好的可推广性。