TWI552101B - Evaluation Method for Hoisting and Transportation Safety of Offshore Wind Power Working Vessels - Google Patents

Description

離岸風電工作船吊裝與運輸安全之評估方法

本發明係與離岸風電有關，特別是指一種離岸風電工作船吊裝與運輸安全之評估方法。

按，由於海上風場係具備有比陸域風場更佳的風速以及更為穩定的風況，因此離岸風電的發展儼然已成為全球風電能源發展的主要趨勢。而台灣西部海域係具有全球名列前矛的極佳風場，是以亦具備有極佳的風電發展潛能，且目前我國現行政策亦已規劃將風電開發重心由陸域逐步延伸至離岸，是故為了因應未來發展趨勢以及離岸風電產業之需求，係必須建立相關技術，特別是風電安裝船舶的裝載及運輸，有鑑於此，本案發明人乃針對適用於台灣海域之風電安裝船舶進行分析探討，並在考量水動力所造成之靜動態穩度與運動等條件下，建立整體評估方法，而遂有本發明之產生。

本發明之目的係在提供一種離岸風電工作船吊裝與運輸安全之評估方法，其係考量風場離岸距離所產生之船舶運輸成本，以及船機承載、吊升能力等因素下，歸納風電機預組與安裝模式，以評估其分別排水量與載重量等浮體基本性能要求。

為達上述目的，本發明所提供之離岸風電工作船吊裝與運輸安全之評估方法，其係包含有運輸模式分析、評估吊車能量、準備風力機、裝載配置等步驟，於該運輸模式分析，係依據風場離岸距離產生的船舶運輸成本，以及安裝船的載重、吊升能量因素，評估分析一風力機之預組與安裝模式；於該評估吊車能量，係依據風力機發電容量、風電技術項目與 該運輸模式分析之結果，準備一起重能力符合需求條件之運輸安裝船，並評估該運輸安裝船之吊車能量；於該準備風力機，係分別準備一塔架、一機艙、一輪轂、數葉片，以組裝成該風力機，並依據該運輸模式分析之結果，選擇該塔架、該機艙、該輪轂、該等葉片之預組模式，以進行該風力機之預組；於該裝載配置，係依據該風力機之預組與安裝模式，透過一穩度計算與一運動計算，計算評估預組之風力機於該運輸安裝船之裝載配置，其中，該穩度計算係以一幾何建模軟體進行穩度計算，而該運動計算則係依據不同運輸安裝船，反推可航行的極限波浪條件，再搭配一波浪預測程式推估全年的可工作天數。

S1‧‧‧運輸模式分析

S2‧‧‧評估吊車能量

S3‧‧‧準備風力機

S4‧‧‧裝載配置

θ‧‧‧傾角

G‧‧‧重心

B‧‧‧原浮力中心

B1‧‧‧新浮力中心

M‧‧‧定傾中心

Mr‧‧‧扶正力矩曲線

Mtb‧‧‧傾覆力矩曲線

第1圖係本發明之流程圖。

第2圖係本發明之傾斜示意圖。

第3圖係本發明之穩度基準示意圖。

為供進一步瞭解本發明構造特徵、運用技術手段及所預期達成之功效，茲將本發明再加以敘述，相信當可由此而對本發明有更深入且具體之瞭解，如下所述：

請參閱第1圖所示，係為本發明之流程圖，其係揭露有一種離岸風電工作船吊裝與運輸安全之評估方法，該評估方法係包含有下列步驟：

運輸模式分析S1：在考量風場離岸距離產生的船舶運輸成本，以及安裝船的載重、吊升能量等因素下，可將風力機之預組與安裝模式區分為四種實施例，其中，第一實施例之風力機係不經預組施工，而在離岸風場直接將塔架、機艙、輪轂、葉片等各部分組立，第二實施例係先行預組完成塔架，以及機艙、輪轂與二葉片，而在離岸風場則再組裝其他葉片，並完成塔架與各部分之組立，第三實施例係將葉片皆先行預組於輪 轂上，而在離岸風場則可於塔架與機艙完成組裝後，直接將輪轂與葉片安裝於機艙上，第四實施例則係將風力機整機完成預組，而在離岸風場僅直接進行安裝，緣此，第一實施例係具有最佳之運輸配置空間，可輕易進行長距離之運輸，並能縮短運輸安裝船來回載運的時間，從而節省運輸安裝船載運的時間成本，第二實施例與第三實施例係由於已預組部分組件，因而致使運輸安裝船之運輸配置空間受到部分預組組件的限制，是以適合離岸距離近的風場，第四實施例由於係岸上整機預組並完成測試，因此幾無組裝品質風險，惟整機安裝因體積龐大、重量甚重，是以運輸安裝船作業難度甚高。

評估吊車能量S2：依據風力機發電容量、各風電技術項目與運輸模式分析之結果，評估吊車能量，並準備起重能力符合需求條件之運輸安裝船，其中，風電技術項目係包含有機艙重量、葉片重量、塔架重量、輪轂高度、輪轂直徑等，考量機艙重量與塔架重量，運輸安裝船之吊車係需於安全工作負載、舉升能力、吊臂長度與工作半徑等要素符合起重能力要求，考量葉片重量，運輸安裝船之吊車則需於安全工作負載、吊臂長度與工作半徑等要素符合起重能力要求，考量輪轂高度，運輸安裝船之吊車係需於吊臂長度與吊勾高度等要素符合起重能力要求，考量輪轂直徑，運輸安裝船之吊車係需於吊臂長度、吊勾高度等要素符合起重能力要求，另還需考量運輸安裝船之甲板空間係符合要求。

準備風力機S3：分別準備一塔架、一機艙、一輪轂、數葉片，以供組裝成一風力機，並依據運輸模式分析之結果，選擇該塔架、該機艙、該輪轂、該等葉片之預組模式，以進行風力機之預組。於第一實施例，係僅需準備該塔架、該機艙、該輪轂、該等葉片，而無需進行預組，於第二實施例，係需將該機艙、該輪轂與二葉片先進行預組，於第三實施例，係需將該輪轂與該等葉片先進行預組，於第四實施例，係將該塔架、該機艙、該輪轂、該等葉片皆完成預組，俾完成風力機整機之預組。

裝載配置S4：依據該風力機之預組與安裝模式，透過一穩度計算與一運動計算，計算評估預組之風力機於該運輸安裝船之裝載配置，其中，穩度係指物體於水中受外力作用傾斜後，本身恢復平正之能力，針對穩度計算，係可依據傾斜角度分為初穩度與大傾角穩度兩方面進行分析。請配合參閱第2圖所示，當船舶總重不變而船身傾斜一傾角θ時，其重心G不變但會產生新浮力中心B1，則同時通過新浮力中心B1與水面垂直之直線和重心G與原浮力中心B之直線的交點即為定傾中心M，而船舶之重心G與定傾中心M之距離即係與初穩度成正比，藉此，係可供作為初穩度之依據。而大傾角穩度，則僅於安全值之限制與初穩度有所差別，請配合參閱第3圖所示，扶正力矩曲線Mr下的面積即為扶正力矩能量，傾覆力矩曲線Mtb下的面積即為傾覆力矩能量，按船級協會之規定，扶正力矩能量與傾覆力矩能量比例至少應為1.4，換言之，扶正力矩曲線Mr面積與傾覆力矩曲線Mtb面積比例至少應為1.4以上，俾符合船級協會之規定。至於穩度計算方面，本發明係採用幾何建模軟體進行各傾斜角的穩度計算，其僅需透過輸入基本資料，即可計算取得穩度結果，其中，基本資料包含有初始條件、重心高度以及欲進行計算扶正力臂大小的橫傾角度等。而運動計算，則係依據不同運輸安裝船的限制，例如汎水角等，反推可航行的極限波浪條件，再搭配波浪預測程式推估全年的可工作天數。

藉此，透過該評估方法，可依據風場離岸距離所產生的船舶運輸成本，以及安裝船的載重、吊升能量等因素，歸納風電機預組與安裝模式，並評估吊車能量，且再藉由裝載配置評估其排水量與載重量等浮體基本性能要求，係可確認離岸風電作業之安全。

綜上所述，本發明在同類產品中實有其極佳之進步實用性，同時遍查國內外關於此類結構之技術資料，文獻中亦未發現有相同的構造存在在先，是以，本發明實已具備發明專利要件，爰依法提出申請。

惟，以上所述者，僅係本發明之一較佳可行實施例而已，故 舉凡應用本發明說明書及申請專利範圍所為之等效結構變化，理應包含在本發明之專利範圍內。

S1‧‧‧運輸模式分析

S2‧‧‧評估吊車能量

S3‧‧‧準備風力機

S4‧‧‧裝載配置

Claims (9)

1. 一種離岸風電工作船吊裝與運輸安全之評估方法，其步驟係包含有：運輸模式分析：依據風場離岸距離產生的船舶運輸成本，以及安裝船的載重、吊升能量因素，評估分析一風力機之預組與安裝模式；評估吊車能量：依據風力機發電容量、風電技術項目與該運輸模式分析之結果，準備一起重能力符合需求條件之運輸安裝船，並評估該運輸安裝船之吊車能量；準備風力機：分別準備一塔架、一機艙、一輪轂、數葉片，以供組裝成該風力機，並依據該運輸模式分析之結果，選擇該塔架、該機艙、該輪轂、該等葉片之預組模式，以進行該風力機之預組；裝載配置：依據該風力機之預組與安裝模式，透過一穩度計算與一運動計算，計算評估預組之風力機於該運輸安裝船之裝載配置，其中，該穩度計算係以一幾何建模軟體進行穩度計算，而該運動計算則係依據不同運輸安裝船，反推可航行的極限波浪條件，再搭配一波浪預測程式推估全年的可工作天數；藉此，透過吊車能量之評估，及該穩度計算與該運動計算，以確認離岸風電作業之安全。
2. 依據申請專利範圍第1項所述之離岸風電工作船吊裝與運輸安全之評估方法，其中，於該運輸模式分析之步驟中，該風力機之預組與安裝模式係不預組該風力機，而在離岸風場直接將該塔架、該機艙、該輪轂、該等葉片組立。
3. 依據申請專利範圍第1項所述之離岸風電工作船吊裝與運輸安全之評估方法，其中，於該運輸模式分析之步驟中，該風力機之預組與安裝模式係先行預組完成該塔架，以及該機艙、該輪轂與其中二葉片，而在離岸風場則再組裝其他葉片，並完成組立。
4. 依據申請專利範圍第1項所述之離岸風電工作船吊裝與運輸安全之評估方法，其中，於該運輸模式分析之步驟中，該風力機之預組與安裝模 式係將該等葉片皆預組於該輪轂上，而在離岸風場則於該塔架與該機艙完成組裝後，直接將該輪轂與該等葉片安裝於該機艙上。
5. 依據申請專利範圍第1項所述之離岸風電工作船吊裝與運輸安全之評估方法，其中，於該運輸模式分析之步驟中，該風力機之預組與安裝模式係將該風力機整機完成預組，而在離岸風場僅直接進行安裝。
6. 依據申請專利範圍第1項所述之離岸風電工作船吊裝與運輸安全之評估方法，其中，於該評估吊車能量之步驟中，該風電技術項目係包含有該機艙重量、該葉片重量、該塔架重量、該輪轂高度、該輪轂直徑。
7. 依據申請專利範圍第6項所述之離岸風電工作船吊裝與運輸安全之評估方法，其中，於該評估吊車能量之步驟中，評估該機艙重量與該塔架重量，該運輸安裝船之吊車係需於安全工作負載、舉升能力、吊臂長度與工作半徑要素符合起重能力要求，評估該葉片重量，該運輸安裝船之吊車則需於安全工作負載、吊臂長度與工作半徑要素符合起重能力要求，評估該輪轂高度，該運輸安裝船之吊車係需於吊臂長度與吊勾高度要素符合起重能力要求，評估該輪轂直徑，該運輸安裝船之吊車係需於吊臂長度、吊勾高度要素符合起重能力要求，另還需評估該運輸安裝船之甲板空間係符合要求。
8. 依據申請專利範圍第1項所述之離岸風電工作船吊裝與運輸安全之評估方法，其中，於該裝載配置之步驟中，該幾何建模軟體進行穩度計算僅需輸入一基本資料，即可計算取得一穩度結果。
9. 依據申請專利範圍第8項所述之離岸風電工作船吊裝與運輸安全之評估方法，其中，於該裝載配置之步驟中，該基本資料包含有一初始條件、一重心高度以及一欲進行計算扶正力臂大小的橫傾角度。