这个提问很有意思，也非常专业，我们特别邀请了西门子歌美飒再生能源的风电工程师来为知友们解答，从安装流程、项目背景、风电安装船、海上风电安装船、安装模式、未来发展趋势等多个方面详细剖析，以下是回答原文，期待与大家深入讨论和交流。
标题中两个项目的安装流程分别是什么？
上海东海大桥项目是我国第一个海上商用风电项目，为我国海上风电项目的规划、设计、建设及运维提供了经验。《超级工程》中介绍的海上风机安装过程是位于东海大桥二期项目的一台5MW风机样机，采用与一期项目3MW机组相同的整体吊装方式。项目利用了原东海大桥施工时的沈家湾预制基地，将其改造成为风机陆上拼装基地。在陆上将三个叶片与轮毂拼装，将机舱吊装到临时工装塔筒后，再将组装好的轮毂叶片安装到机舱上。随后将其转移到半潜驳船的塔筒上，准备海上运输。每艘半潜驳船可以首首相对运输两台风机。风机运到海上指定位置后，利用2400-2600吨的大型浮吊，通过专门研发的软着陆系统将风机与塔筒整体吊装到海上基础上。
“伦敦阵列”（London Array）是世界上最大的商业运行的海上风电场。伦敦阵列项目运用了与东海大桥项目完全不同的分体安装方式。首先用自航自升安装船运输若干套单桩基础和连接件到指定位置完成基础安装，然后用同类的自航自升安装船运输4套塔筒、组装好的机舱-轮毂、12枚叶片到指定位置。首先安装塔筒，然后吊装机舱-轮毂组装体，随后逐枚安装叶片。一台风机安装好后直接驶向下一台机位处准备吊装作业，直至安装完船上运输的4套机组。
两个项目基本属于同期，为什么采取了不同的方式？
先来介绍一下两个项目的背景。
上海东海大桥项目总装机204.2MW，一期工程装机102MW,安装34台华锐风电SL3000-92，轮毂高度90米；二期工程装机102.2MW,安装27台上海电气W3600M-116（防盐雾）机组和1台华锐风电SL5000-128机组。项目距岸线最近点5公里，最远点11公里，平均水深11米。一期项目于2008年9月正式开工，2010年2月全部机组吊装完成，同年7月全部风机正式并网。二期项目于2013年12月开工，2014年11月全部吊装完成，2015年8月正式并网。
伦敦阵列项目总装机630MW，已接近一座传统电站的规模。安装有177台西门子SWT-3.6-120风机，轮毂高度87米，水深约25米，离岸约20公里。项目于2011年3月开始建设，于2012年10月首批风机并网，2013年7月全部风机正式进入商业运行。
东海大桥二期与伦敦阵列使用了同功率级别的风机，但前者使用整体安装后者使用分体吊装，可见，安装方式并不由风机机型决定。整体吊装与分体吊装虽各有利弊，但决定这两个项目安装方式的应该是多方面的因素，而可利用的特种安装船是根本。
东海大桥项目是我国第一个海上商用项目，当时国内没有任何的专业的风电安装船只，从国外租赁价格高昂且不易排期，所以只能通过现有的常规海洋工程船进行安装作业，如纪录片里提及的“三航风范号”与“四航奋进号”。这是对现状的一种妥协。
风电安装船的发展概况
风电安装船的发展大体可以分为三代：
第一代：没有专门为海上风电安装设计的海洋工程船，一般由现有的常规海洋工程船配合安装作业。由驳船运输风机组件到指定位置，然后由浮吊船进行起重作业。
第二代：具有自升功能的驳船或平台，但是不具备自航功能，仍需要拖船牵引。
第三代：具有自航、自升、起重功能的专业化海上风电安装船。
目前国外专业的海上风电安装公司建造的风电安装船都属于第三代风电安装船，而国内公司近些年建造的风电安装船一般还处于第二代和第三代之间，不过随着2017年10月“龙源振华3号”的下水，我国风电安装船正式进入第三代。
海上风电安装船的分类与特点
海上风电安装船根据其船型、工作模式等大体可以分为浮吊等常规海洋工程船、兼顾风电安装的海洋工程船、非自航非自升作业平台、自升非自航作业平台和自升自航作业平台5大类。
（1） 浮吊等常规海洋工程船
又称浮式起重船。此类船舶是载有起重机的浮动平台，通常可以起吊超重货物。代表船舶有中交三航局“风范号”（https://www.ccshj.com/view.do?id=1142）和中交四航局“奋进号”。
优势：起重能力强。除了在浅水区域需要考虑吃水外，在其他区域不受水深限制。转移速度快，操纵性好，使用费率低，船源充足，方便排期。由于该类船舶设计制造标准齐全，建造能力与经验充足，故障率低。
限制：由于浮吊船的设计用途主要是为了港口货运、水上起重、吊装作业等，其工作模式较为单一。因工作时是浮在水面，此类船舶极其依赖天气与波浪条件，非常不利于控制项目工期，现已较少使用。
安装方法：在风场附近陆地组装风机，组装完毕后使用驳船整体运输风机到机位处，整体吊装。通常需要多艘工程船配合。
（2） 兼顾风电安装的海洋工程船
此类船舶在兼顾常规海洋工程作业基础上，对海上风电施工进行了适应性优化设计。如双体船设计以增加稳定性与提升有效起吊高度，安装360度回转起重机，安装有打桩设备及导向装置等。代表船舶有广东华尔辰海上风电工程公司“华尔辰”号。（http://www.js-msa.gov.cn/art/2012/12/3/art_2363_349325.html）
优势：该类船舶在设计时针对风电安装进行了适应性的优化，具备实施多重工程的能力，除了能进行风电安装外，还可以进行风机桩基的打桩作业、风机整体运输和风机散件安装等功能，实现海上风电施工一体化作业。有效提高工效，缩短工期，降低工程成本。
限制：同常规海洋工程船一样，极其依赖天气与波浪条件。
安装方法：只适用于整体吊装模式。
（3） 非自航非自升作业平台
此类船舶为最早的专门为风电安装设计的工程船。代表船舶有“龙源振华1号”。（https://cn.zpmc.com/pro/cont.aspx?id=16）
优势：专门为潮间带风电安装设计，造价相对低廉。
限制：为了保证吊装安全，作业时必须坐底。适用性较窄，只适用于潮间带风电。
安装方式：分体吊装塔筒与叶轮组装体。
（4） 自升非自航作业平台
自升非自航作业平台的出现使风电专用安装船进入了一个新的时代。此类船舶配备了4-8条柱腿，由专用的拖船将其拖曳到现场后，柱腿插入海底支撑固定船身，通过液压升降装置调整船身部分或完全露出水面，形成不受波浪影响的稳定平台。吊机在形成的稳定平台上作业，完成对风机的吊装。甲板的面积决定了一次可以运输的设备数量。代表船舶有“龙源振华2号”。(http://www.cgdc.com.cn/xtdt/283980.jhtml)
优势：甲板宽大，开阔，具有较大装载空间，适用范围广，造价相对低廉。柱腿固定船身形成稳定平台使吊装不受波浪影响。
限制：因为不具备自航能力，需要专用拖船将其拉到制定地点，机动性与操纵性较差，不能及时应对天气的突然变化。
安装方式：一次运输若干套风机部件，分体吊装。
（5） 自升自航作业平台
同陆上风机一样，海上风机也逐步向大叶轮、高塔筒、大功率发展，而且逐步走向深海。未来风电安装船的设计趋势也朝着更大的装载能力、更大的起吊能力发展，这决定着风机的运输效率，以及吊装更大、更重风机部件的能力。更长的自升腿使得自升船可以在更深的海域作业。自升自航作业平台应运而生。这类船舶集合自升式平台与浮式船舶的优点，代表船舶有A2SEA Sea Challenge, （https://www.a2sea.com/wp-content/uploads/2017/11/sea-challenger-track-record.pdf. Sea Challenger, MPI Discovery等。
优势：具备自航能力使其具备一定的航速与操纵性，宽大的甲板可以装载更多的风机部件。可以单独完成海上作业，减少对港口的依赖。自升装置形成稳定作业平台使吊装不受波浪影响。良好的机动性使其可以及时应对天气骤变，在风暴到来之前迅速撤离现场。集多重功能于一体使其适用范围最广。
限制：多功能合一导致其造价高昂。
安装方式：一次运输若干套风机部件，分体吊装。
下表整理了一些主要的安装船类型及代表船只的参数。
风电安装船的经济性及影响因素
由表1可知，风电安装船的投资巨大。每一代安装船随着功能的提升，投资也相应增加。同所有产品一样，经济性是技术能够推广的决定性因素。需求决定其功能，功能决定造价。风电安装船投资巨大，在总造价一定的情况下，一般要结合目标风场状况与吊装方式，寻求功能性与经济性的平衡点。
– 风场情况：不同的水深以及离岸距离决定了风电安装船柱腿的设计。潮间带风场无需柱腿，直接坐底作业；浅海项目可以采用壳体式或者桁架式桩腿；当水深超过60米时，只能采用配备齿轮链条升降系统的桁架式桩腿。
– 安装方式：不同的吊装方式决定了起重设备的设计与性能。统计表明，起重设备在所有设备中占比最高，近乎四成。
– 其他用途：对于其他海洋工程作业的兼顾性也会影响船只设计。
国内海上风电开发速度远不及陆上，所以国内海上风电安装企业一般是在确定有明确的目标市场后，才开始进行投资。目前的国内主要的安装企业，除了中交三航局是传统的海洋工程施工企业，其余大多与风电场开发商或风机厂商有着较大的关系，如国内最大的风电运营商龙源电力与著名的船舶制造商振华重工合作形成合资企业龙源振华。
海上风电的主要安装模式对比
目前根据国内外海上风机的吊装经验，风机吊装主要有分体吊装和整体吊装两种。
分体吊装是使用的比较早也是当前比较成熟的一种方案，将若干套叶片、轮毂、机舱、塔筒放到专用的船舶上（如自升船），运达现场后逐次将塔筒、机舱、轮毂、叶片现场组合安装。为节省时间，减少海上作业，目前也会采取先将轮毂机舱或轮毂叶片陆上预组装，再运到现场进行吊装的方式。
整体吊装是在陆上将叶片、轮毂、机舱、塔筒组装在一起，用专用船舶运送到现场，然后在海上将组装好的风机整体安放在建设好的风机基础上。该方案需要在陆地的拼装场地和码头，由于在陆上风机拼装环境好，可以大幅减少海上吊装作业的时间，但是风机整体吊装施工难度大。
比较：
分体吊装要求长时间在海上作业，但对主吊的起吊能力与吊具要求不高。分体运输可以有效利用甲板空间，提升运输效率，对于大型离岸距离较远的项目可以有效减少往返码头的次数，降低运输费用与运输时间。对于叶片轮毂预组装的方式，随着当今海上风机单机功率以及叶轮直径越来越大，这种安装方式的局限性凸显。现如今，即便是小叶轮风机已经对码头的装卸区、起重机等的供不应求，而大叶轮对吊装的挑战更大。比如，大叶轮在组装好之后，不容易直接吊到叶轮中心，这时就需要港口边的辅吊来帮助转移组装好的叶轮到专用船舶上。将组转好的大尺寸叶轮转移到船舶上也绝非易事。除此之外，安全性也是不可忽略的一点，比如抵御风暴的安全措施。当叶轮组装好之后，必须有相应的措施保证其在运输过程中以及风暴来临时的安全。叶轮直径越大，对安全措施的要求也就越高。所以对于日趋大型化的风机，单叶片吊装仍是趋势。
整体吊装遵循了最小海上起吊次数的原则，有效的简化海上作业流程，避免海上复杂的天气变化对安装过程的影响，尽可能减少船舶、人员的待机时间，从而缩短海上作业时间，降低项目实施成本及风险。其优势在于，大部分吊装作业在陆地完成，海上高空作业少，有效降低成本以及风险，安装效率较高，不受水深限制。其缺点是对安装船的能力要求高，要求设置陆上组装基地，并需要设计专用的起吊吊具和运输时的固定装置。除此之外，运输安全性同样不可忽视。整体运输的弊端在于，运输时需要较为稳定的海上环境。因为风机的设计并没有考虑整机组装后在海上运输时要抵御波动带来的动态载荷，而且船只本身要有能力抵抗在固定有风机预组装件或者整机时对本身船只安全的影响。这进一步提升了对天气的依赖程度。
如前文所言，风机本身可以通过任意一种方式安装。海上风机运输与安装方案要综合考虑项目规模、码头资源、离岸距离、可用船舶等因素，寻求最优化的方案，以达到效率、安全与过程的流畅。
未来海上风机及安装船的发展趋势
同陆上风机一样，海上风机也逐步向大叶轮，高塔筒，大功率发展，而且逐步走向深海。以西门子风机为例，从London Array使用的SWT-3.6-120到SWT-6.0-154，再到当前已经计划量产的SWT-8.0-167，通过使用长达81.5m的B81叶片，比前代7MW产品可以提高约20%的电量。风电安装船的设计需要有前瞻性，未来新造安装船的设计趋势也将朝着更大的装载能力，以及船载吊机更高的起吊能力发展，一方面提升风机的运输效率，另一方面提升吊装更大、更重风机部件的能力。同时，更长的自升桩腿使得自升船在更深的海域作业变为可能，这又将打开一片更为广阔的开发区域。
另海上风机安装考虑的因素，也是大有讲究，这里列几项供大家参考，其实每一项又都是一个可以科普的知识点了：往返运输成本与运输安全，离港距离，海上起吊次数，专业安装船舶，海上吊装作业时间，海床条件，天气条件，海洋条件等。
「参考文献」
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http://www.londonarray.com/the-project-3/offshore-construction/
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7. A2SEA Sea Installer-Technical Specifications and Track Record. https://www.a2sea.com/wp-content/uploads/2018/03/sea-installer-track-record-1.pdf
8. A2SEA Sea Challenger-Technical Specifications and Track Record. https://www.a2sea.com/wp-content/uploads/2017/11/sea-challenger-track-record.pdf
9. MPI Adventure Specifications.
http://www.mpi-offshore.com/wp-content/uploads/2017/02/VesselParticular_MPI-ADVENTURE_rev3.pdf
10. MPI Discovery Specifications.
http://www.mpi-offshore.com/wp-content/uploads/2017/02/VesselParticular_MPI-DISCOVERY_rev3.pdf
11. 张乐平. 龙源振华2号海上风电起重平台正式下水[OL]. http://www.cgdc.com.cn/xtdt/283980.jhtml. 2013/10/25.
12. 肖蔷. 龙源电力全球最大海上风电施工平台正式下水[OL] http://www.cgdc.com.cn/xtdt/1173095.jhtml. 2017/10/30
特别鸣谢本文作者：
刘金璐 @刘金璐
西门子歌美飒再生能源
风资源与选址工程师
小编后记：我们也曾发布过一个“如何建造海上风电场”的动画视频，在此和各位知友分享:)
来源：知乎 www.zhihu.com
作者：西门子中国
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