趙 峰

上海康益海洋工程有限公司 上海 200438

我國擁有發(fā)展海上風電的天然優(yōu)勢，海岸線長達18 000 km，可利用海域面積逾3 000 000 km2，海上風電可發(fā)展區(qū)域主要集中在我國東部沿海地區(qū)。大力發(fā)展海上風電，不僅可以滿足東部用電需求，且陸、海風電相結(jié)合，更會加快我國綠色發(fā)電的步伐[1-4]。更重要的是，海上風電是我國“一帶一路”倡議及“十三五”新能源規(guī)劃的重點產(chǎn)業(yè)，是推動沿海經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)能源轉(zhuǎn)型的重要手段。

1 工程概況

江蘇龍源蔣家沙300 MW海上風電場項目（下稱“蔣家沙項目”）位于江蘇省省管區(qū)內(nèi)的蔣家沙，風電場中心離岸距離17 km，海底高程－11～1 m，局部有溝槽。風電場形狀呈不規(guī)則多邊形，東西長約為22 km，南北寬約為7 km，規(guī)劃面積100 km2。

本工程總裝機規(guī)模為300 MW，布置75臺單機容量4.0 MW的風電機組（圖1）。

圖1 工程場區(qū)平面

本風電場配套建設1座220 kV升壓變電站，以2根220 kV海纜線路送出，再轉(zhuǎn)架空線后就近接入電網(wǎng)系統(tǒng)。風電場電能送出推薦方案采用220 kV海上升壓站—陸上集控中心形式。

風電場220 kV海上升壓站至陸上集控中心的220 kV海纜線路，采用2根3×500 mm2三芯220 kV海纜傳送300 MW海上風電場容量，220 kV海纜登陸點位于海安外側(cè)海堤。

2 影響海上風電場移船安全的主要因素

2.1 氣象

根據(jù)如東氣象站多年長期觀測資料統(tǒng)計，多年平均氣溫為15.4 ℃，多年平均氣壓為101.58 kPa，多年平均水汽壓為1.60 kPa，多年平均相對濕度79%，多年平均空氣密度為1.223 kg/m3。實測最大風速為20.0 m/s，相應風向為ESE，出現(xiàn)在1983年6月3日；實測極大風速為31.5 m/s，相應風向為W，出現(xiàn)在2000年5月12日。氣象站多年平均雷暴天數(shù)為30.8 d，多年平均暴雨天數(shù)為3.0 d，多年平均大風天數(shù)為8.7 d，多年平均冰雹天數(shù)為0.3 d。

大數(shù)據(jù)時代，監(jiān)測數(shù)據(jù)既反映平均狀況，也反映極端情況，依靠著數(shù)據(jù)的支撐為海上移船安全提供保證。氣象的變化因為不斷地觀測記錄，是一種穩(wěn)定且準確率較高的數(shù)據(jù)，可以在惡劣天氣來臨前就先安排船只退場，避免損失。但是大部分極端天氣卻又是局部性的，極難預測，這種小概率發(fā)生的事件，對于追求本質(zhì)安全來說卻是必須要考慮的。

2.2 風況

根據(jù)收集到的參證氣象站資料，如東氣象站1959—2003年多年平均風速為3.50 m/s，其中1959—1969年多年平均風速為4.05 m/s，1970—1997年多年平均風速為3.27 m/s，1998—2003年多年平均風速為3.53 m/s，改為自動站測風后，2003—2010年平均風速為3.03 m/s。從歷年年平均風速看，風速變化范圍較大，這就造成工程船舶施工易受風況影響，特別是臺風或季后風影響。蔣家沙項目所采用的施工船是無動力船舶，移船過程中需要錨艇和拖輪的協(xié)同配合，移船工作比起動力船要更加的繁瑣。風速范圍較大導致施工移船的頻率相對較高，如果不及時采取有效措施加以控制和消除，就有可能發(fā)生人員傷亡和船機損毀事故。

2.3 潮汐

水尺觀測的基準點自國家高程基準點（等級不低于四等）進行高精度水準引測得到。對專用潮位站2014年1月—12月逐時潮位資料進行調(diào)和分析計算，并結(jié)合周邊其他驗潮站的已有資料進行綜合分析后得知，該站的平均海平面位于1985國家高程基準以上0.30 m，理論深度基準面位于平均海平面以下3.86 m（圖2）。

圖2 工程海域基面關系示意

目前國內(nèi)規(guī)?；_發(fā)的海上風電場，均在平均水深不足5 m的潮間帶。潮間帶的特點：沿海灘涂地是似海非海、似路非路的特定區(qū)域，是介于高潮線與低潮線之間的地帶，也就是從海水漲至最高時所淹沒的地方開始至潮水退到最低時露出水面的范圍，也稱為潮間帶或海涂。江蘇沿海灘涂屬于淤泥質(zhì)型海岸，主要是由細顆粒的淤泥組成，灘面地耐力承載力很小，常規(guī)施工機械、運輸設備根本無法直接進入，經(jīng)過過往幾年國內(nèi)率先進入風電領域的行業(yè)專家對潮間帶風電場施工工藝的摸索與改進，創(chuàng)造了漲潮時可以用船運輸設備及施工船只移船、進出場，落潮時坐灘施工的施工手段。這就需要密切關注潮位潮高的變化，在高平潮施工的時候，移船過程中可能會發(fā)生旋轉(zhuǎn)中的風機葉片擊打到施工船體的事故，在退潮時，因為施工船舶吃水較深，移船不及時可能會發(fā)生船舶擱淺的情況，不僅會影響后續(xù)施工，還可能造成設備修復、風機葉片修復的損失。

2.4 波浪

如東監(jiān)測站數(shù)據(jù)顯示該站全年有效波高平均值為0.56 m，最大波高最大值為3.89 m，周期平均值為2.80 s，最大值為6.00 s。從有效波高平均值看，總體較小，在0.44～0.87 m之間。從最大波的最大值看，8月份出現(xiàn)全年最大值3.89 m，發(fā)生時間為2012年8月28日09：00。周期的平均值和最大值各月變化均不大，分別在2.60～3.30 s和4.50～6.00 s之間。該站全年以小浪為主，出現(xiàn)頻率共占50.29%；其次為輕浪，出現(xiàn)頻率為45.38%；大浪出現(xiàn)頻率很小，僅占0.01%。

蔣家沙所屬海域常年以小到輕浪為主。船舶施工技術(shù)的日趨完善和施工海域區(qū)段施工期間的封鎖，使施工移船的風險變小很多，但大風浪對于船舶的影響仍然是主要危害之一。蔣家沙項目所使用的建基3001施工船舶，總長63.3 m，寬22 m，型深4.5 m，滿載排水量2 813 t，空載吃水2.32 m。對于一般風況變化，可選擇原地拋錨抗風，但是因風況變化造成的波浪增大或者涌浪情況，極易造成錨鋼絲斷裂、走錨等現(xiàn)象，造成撞船或者撞擊風機導致人員和財產(chǎn)損失。

2.5 海流

蔣家沙項目建基3001移船主要采取拖輪拖帶或綁拖2種方式，到預定路由拋錨停泊。因地處潮間帶的原因，必須在每天2次漲潮退潮之間完成移船工作方能繼續(xù)開展后續(xù)的施工。漲落潮時，流速增大；正橫方向來流，由于船舶橫截面受水流沖擊最大，將導致船舶橫向漂移更為明顯；反之，首尾方向來流，船舶受水流沖擊力較小；因此，為防止船舶出現(xiàn)錨鋼絲斷裂或走錨現(xiàn)象，宜采取船舶首尾頂流，并在迎水流側(cè)加拋錨的措施。

2.6 泥沙

水體的含沙量變化受制于地形、潮流、徑流、波浪、水深、風速和底質(zhì)等諸多因素，不同海域的含沙量有較明顯的變化。蔣家沙施工區(qū)段地處潮間帶，懸浮海中的泥沙常年堆積產(chǎn)生淤泥，移船過程稍有不慎，或水深估計不足就易發(fā)生船只擱淺，特別是大風過后，航道水深可能會有較大變化，淤泥較高的區(qū)段也會隨之發(fā)生變化。擱淺不僅耽誤工期，遭遇極端天氣也不能及時退場，更嚴重的是泥沙松軟導致擱淺的船只受力不均，發(fā)生船體斷裂的情況。

3 安全保障

3.1 成立水上施工作業(yè)調(diào)度指揮中心

以蔣家沙項目為例，蔣家沙項目部及其余施工方會同業(yè)主，成立水上施工作業(yè)調(diào)度指揮中心，根據(jù)施工進度要求，負責船舶統(tǒng)一調(diào)度和管理，所有船舶服從調(diào)度員及業(yè)主的統(tǒng)一指揮，調(diào)度指揮中心的職責包括：

1）調(diào)控船舶交通流，通過一定的信息公告和交通管制方式，提醒周圍船只在施工期間于施工區(qū)域外繞行，禁止直接從施工區(qū)域駛過。

2）根據(jù)工程施工進展和周圍環(huán)境的變化，規(guī)劃各類船舶進出施工區(qū)域的航線，各施工方統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，制訂和調(diào)整施工水域的航行避讓、錨泊等規(guī)定，避免各施工方船舶隨意航行、停泊而威脅到工程或其他船舶安全。各施工方船隊應確定領航船，并在航行中增加人員瞭望。如東項目施工區(qū)段就曾發(fā)生過施工方船隊與風機碰撞事件，某船隊接到調(diào)度中心大風通知前往避風途中，由于當時海上大霧能見度差，船隊之中未具體確定哪艘船為領航船只，致使意見難統(tǒng)一、命令執(zhí)行延誤，在穿越2座風機時，對風況、海浪估計不足，造成風機2片葉片擊打到船體而損壞。

3）根據(jù)值班拖輪反饋的信息，在船舶及人員發(fā)生緊急情況時，指揮協(xié)調(diào)搶救力量趕赴第一現(xiàn)場進行搶救。

4）收集天氣水文預報、航行和航海通告、臺風預警，及時監(jiān)測掌握氣象信息、潮汐時間表、海圖圖書資料，施工區(qū)域淤泥分布資料、波浪、流速情況等重要信息，及時與施工船舶溝通聯(lián)系。

5）調(diào)度指揮中心在下達包括進出場、移船等任務指令時，應根據(jù)船舶類型、技術(shù)性能、施工水域環(huán)境等，合理調(diào)度使用，并同時下達安全生產(chǎn)注意事項。

3.2 應對影響海上風電場移船安全的對策

3.2.1 應對氣象、風況、潮汐、波浪影響的對策

隨著現(xiàn)代科學技術(shù)水平的提升，各種高科技設備監(jiān)測手段代替了以往人工依靠經(jīng)驗判斷各種氣象、風況、潮汐規(guī)律的問題，并不斷通過監(jiān)測統(tǒng)計得出數(shù)據(jù)，譬如：電子海圖、AIS、GPS、數(shù)字風速儀等儀器使海上施工船舶能在相對穩(wěn)定的環(huán)境下進入施工現(xiàn)場，并在惡劣條件來臨前及時撤場。

蔣家沙項目協(xié)同各施工方及業(yè)主成立的水上施工作業(yè)調(diào)度指揮中心，及時收集各監(jiān)測站給予的氣象、風況、潮汐、波浪等信息，并及時與施工船舶溝通聯(lián)系，在施工移船過程中根據(jù)建基3001的船體高度、寬度、吃水深度制訂合理的施工計劃，避開潛在的擱淺、高潮位風機擊打到船體等風險。調(diào)度指揮中心同時會針對氣象、風況、波浪監(jiān)測數(shù)據(jù)，在大風浪、極端天氣來臨前通過船舶自帶的甚高頻設備、移動電話或微信等網(wǎng)絡平臺播報大風、大浪、極端天氣預警，并通過調(diào)度指揮中心的安排，及時撤場，保障海上風電場施工、移船的安全。

3.2.2 應對海流影響的對策

建基3001施工船舶屬于無動力船舶，移船需要拖輪的協(xié)助，移船過程中不僅要保持船體始終在施工規(guī)劃的路由線路上，還要克服橫流，不斷修正拖帶方向。為了始終把船舶控制在路由線路上，拖輪必須與被拖船保持聯(lián)系暢通，發(fā)現(xiàn)問題及時溝通，時刻注意船位的變化，一旦發(fā)生偏離應盡早采取措施。拖帶無動力船舶首先要合理運用雷達、電子海圖和GPS/AIS自動定位導航系統(tǒng)，其次要實時根據(jù)不同時段的流向、流速，不斷修正航向、合理預配流壓角，確保施工船舶始終保持在預定的路由上。

3.2.3 應對泥沙影響的對策

波浪掀沙、潮流輸沙是泥沙運動的主要形式。一般天氣情況下，施工區(qū)域海域水體表層含沙量總體較少，大風天施工海域含沙量明顯增大，大風天氣條件的不同，海區(qū)水體表層含沙濃度差別較大，導致大風過后，航道水深可能由于泥沙變化有較大變化。以蔣家沙項目附近海域船只為例，大風過后，由于駕駛?cè)藛T對水域通航環(huán)境和水深、泥沙的估計不足，時有擱淺事故發(fā)生。過往船只的事故給項目部提供了警醒，在項目伊始，編制施工組織設計時，便將泥沙納入影響因素之一，制訂了應對措施。包括及時查閱海圖圖書資料，及時收取航行警告和通告，成立的調(diào)度中心也會及時將掌握的航道淤泥資料告知正在移船的施工船只，以免發(fā)生擱淺事故，從而造成更大的損失。

3.2.4 險情應急對策

為保障施工移船的安全，項目部針對各種可能發(fā)生的意外險情或事故制訂相應的應急預案，應急處置方案包括：人員落水應急處置措施；船舶碰撞事故應急處置措施；船舶擱淺應急處置措施；船舶失控應急處置措施；船舶有沉沒危險時的應急處置措施；船舶防臺、抗臺的應急處置方案；極端氣候應急預案等。

事故發(fā)生后，為盡量降低損失，需要充足而有效的應急資源，應急資源可分為狹義和廣義2種。狹義的應急資源指為應急救助提供所需的各種物資資源，廣義的應急資源包括通信保障、醫(yī)療衛(wèi)生保障、物資保障、交通運輸、人力資源、財力資源、信息資源、技術(shù)資源等。項目部針對施工可能發(fā)生的各種事故，統(tǒng)籌配備應急物資，為移船過程中突發(fā)事故災難應急救助提供更好的應急保障。

4 結(jié)語

海上風電場施工移船的安全需要在統(tǒng)一指揮、各方協(xié)助、充分的準備工作以及統(tǒng)籌協(xié)調(diào)等方面的保障前提下，方能圓滿完成。由于施工內(nèi)容、施工方案及所處的海域環(huán)境不同，具體的水上水下工程中移船安全的風險也不相同，以蔣家沙項目為例的海上風電場移船安全保障分析可作參考。施工單位要結(jié)合工程實際，積極與業(yè)主單位、海事等主管機關溝通協(xié)商，建立完善的管理制度，最大限度地減少移船過程中的風險。