蔣祁珺 左惟東

1.中國外運大件物流有限公司 上海 201204；2.中外運沙倫氏物流有限公司 上海 201204

風能作為一種無污染、全球儲量豐富、技術(shù)相對成熟的可再生清潔能源，近年來在國家政策的支持下得到了迅猛發(fā)展。目前，我國陸上風電開發(fā)已經(jīng)日趨飽和，但海上風電仍存在著巨大的發(fā)展?jié)摿?。首先，海上風電與陸上相比不占用土地資源，且不受陸上地形限制；其次，海上的風能資源更為豐富，發(fā)電效率更高；最后，陸上風能資源一般分布在西北、東北地區(qū)，如內(nèi)蒙古、甘肅、黑龍江和吉林東部，但這些地方遠離負荷中心，長距離輸電受到電網(wǎng)建設(shè)進度的制約，而海上風能資源主要分布于我國東南沿海，靠近負荷中心。

我國擁有發(fā)展海上風電的天然優(yōu)勢，海岸線長達1.8 萬km，可利用海域面積300 多萬km2，海上風能資源豐富[1-2]。我國海上風電發(fā)展起步較晚，2010 年才建成首個規(guī)?；Ｉ巷L場。但近年來發(fā)展十分迅速，2017年我國海上風電裝機規(guī)模全球第三，2019 年新增裝機容量1.98GW，連續(xù)兩年成為海上風電新增裝機最多的國家。詳見表1。

風場離岸化、深水化、風機大型化已成為海上風電發(fā)展的明顯趨勢[1]。我國海上風電發(fā)電機組的單機發(fā)電功率通常在3MW 以上，在福建與廣東等深水海域近期新建與規(guī)劃的海上風場風機機型單機容量已達6M～8MW，風輪直徑達150～170m，風機單樁基礎(chǔ)與導管架基礎(chǔ)的重量也近千噸，其配套的過渡段的重量超過300t、高度約20m，海上測風塔、海上升壓站等海上風電配套設(shè)施重量和尺寸也十分龐大。這給海上風電物流帶來了巨大挑戰(zhàn)，因此如何保證海上風電設(shè)施組件物流的高效、有序流通成為了海上風電可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。

表1 2013—2019 年我國海上風電裝機情況匯總

我國海上風電物流尚處于起步與探索階段，與大型海上風電機組配套的物流服務(wù)行業(yè)也是近兩年才形成相應(yīng)的專業(yè)分支，逐步趨向?qū)I(yè)化分工的同時，仍存在諸多問題有待解決。

1 海上風電物流特點

1.1 風電機組組件多，預(yù)組裝時間長，安裝機位多

海上風電機組主要由機艙、輪轂、葉片、塔筒、基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)和過渡段組成。其中海上風電機組基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)主要包括重力式基礎(chǔ)、單樁基礎(chǔ)、三樁或多樁導管架基礎(chǔ)和浮式基礎(chǔ)等，我國應(yīng)用最多的是單樁基礎(chǔ)，其次是重力式基礎(chǔ)和導管架基礎(chǔ)。一個海上風場根據(jù)其規(guī)模的不同，通常有十幾個到數(shù)十個機位。各組件需先送達臨近風場的碼頭場地，進行預(yù)組裝或暫存后，再海運至指定機位進行施工安裝[3]。

1.2 各組件重量大，運輸設(shè)備與技術(shù)要求高

海上風電機組組件超長、超重，安裝重心高，運輸需要專業(yè)的大件運輸設(shè)備與工裝。承擔海上運輸任務(wù)的船舶需適應(yīng)海上風場的分布，具備在不同水深海域進行定位的能力。若兼顧海上風機安裝功能[4]，還需同時具備高穩(wěn)定性、高起吊能力、足夠的起吊高度和工作半徑，這對海上風電運輸施工設(shè)備、施工技術(shù)方案和施工人員都提出了更高的要求。

1.3 物流風險大、成本高，海上作業(yè)受海洋氣候影響大

一方面，海上風電機組需要專業(yè)運輸設(shè)備、專業(yè)碼頭、大型船機設(shè)備等來完成運輸、裝卸與安裝，碼頭租賃、運輸設(shè)備與大型安裝船機設(shè)備費用高昂；另一方面，海上的作業(yè)環(huán)境惡劣，作業(yè)窗口期短，這進一步增加了風電機組海上運輸?shù)某杀竞惋L險。

2 我國海上風電物流環(huán)節(jié)

現(xiàn)階段，我國海上風電物流的流程如圖1 所示，主要由以下四個環(huán)節(jié)組成：產(chǎn)地運輸至集港碼頭；碼頭集港、暫存、預(yù)組裝；裝、卸船作業(yè)；海運至機位。

2.1 產(chǎn)地運輸至集港碼頭

風機各部分組件可能由產(chǎn)地不同的供應(yīng)商提供。設(shè)備在完成制造后，根據(jù)生產(chǎn)工廠與海上風場的相對位置，選擇合適的聯(lián)運方式運輸至集港碼頭：陸運至產(chǎn)地碼頭，然后水運至指定碼頭；或者直接陸運至指定碼頭。

圖1 我國海上風電物流流程示意圖

由于大型海上風機基礎(chǔ)及其過渡段（若有）的重量與尺寸龐大，長途陸運十分不便，因此其生產(chǎn)制造場地通常包含自有碼頭或靠近公共碼頭，一方面可有效減少陸運距離，另一方面也便于海運至機位進行施工作業(yè)。

2.2 碼頭集港、暫存、預(yù)組裝

風電機組各部分組件通過陸運或海運分批到達臨近海上風場的指定碼頭（一個或數(shù)個），短倒運輸?shù)酱a頭后方場地，并根據(jù)安裝計劃與進度進行暫存。

由于海上氣候環(huán)境復雜，海上風電機組的安裝必須利用有限的時間窗口進行作業(yè)，施工效率低、風險高。因此，海上風場開發(fā)商選擇將機組進行部分或整體預(yù)組裝，以減少海上施工時間，降低運輸風險。

2.3 裝、卸船作業(yè)

根據(jù)集港碼頭的可利用空間、地面承載能力、泊位水深條件與裝卸設(shè)備擁有情況，結(jié)合風機組件大小、風場離岸距離及海域情況，以經(jīng)濟性與安全性為決策要素，選擇合適的海運船舶與裝船方式。裝船方式分為利用大型履帶吊、浮吊吊裝裝船和利用平板軸線車滾裝上船。

2.4 海運至機位

將風電機組從集港碼頭海運至風場指定機位是海上風電正向物流的最后一個環(huán)節(jié)，其運輸方式取決于風機的安裝方案。目前較為成熟的安裝方式主要包括分體安裝和整體安裝，與之對應(yīng)的運輸方式分別是分體運輸和整體運輸。這兩種運輸方式對運輸船舶、輔助工裝和海況有不同的要求，同時對風電機組吊掛方式、吊點設(shè)置和固定方式的要求也有較大區(qū)別。

2.4.1 分體運輸

海上風機分體運輸安裝是將風電機組部件運至海邊適當組裝，然后再將各組件運至風場逐件安裝。作為國內(nèi)外目前最常用的海上風電機組安裝方式，其過程主要分為3 步：風機基礎(chǔ)的安裝；風機塔架的安裝；風機上層設(shè)施的安裝，包括機艙和葉片[5]。

根據(jù)以上安裝流程，選擇符合要求的運輸船舶、起重船或自升平臺將風電機組的各部分組件分別運輸至機位。根據(jù)風機基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)不同，亦可選擇浮運至機位[6]。

由于專業(yè)的海上風電安裝船與大型起重船造價昂貴，租賃費用高昂，且甲板空間有限，單次運輸?shù)娘L機組件數(shù)量有限。因此，為提高安裝作業(yè)效率、減少往返運輸時間，進而降低安裝船租賃成本，目前很多海上風場開發(fā)商或總承包商使用甲板駁船作為海運承運工具，通過駁船將海上風電機組各組件海運至機位附近已定位完成的海上風電安裝船旁。甲板駁船作為安裝船的補充甲板，既可提升海上風電安裝船與大型起重船的安裝作業(yè)利用率，亦可忽略自身攜帶風機組件數(shù)量限制，在有限的作業(yè)時間窗里盡可能多地進行安裝作業(yè)。

海上風電機組分體安裝，可以是將完全分開的各部分組件在海上進行安裝，也可以將部分組裝的半成品組件分別進行吊裝安裝。因此，海上風電分體運輸方式的運輸對象可以是完全分開的風機組件，也可以是半成品組件。

2.4.2 整體運輸

由于海上作業(yè)窗口期有限，作業(yè)過程中任一環(huán)節(jié)的延誤都可能對安裝進度產(chǎn)生巨大影響。因此，為減少海上作業(yè)時間，進一步提高海上風電機組的安裝效率，海上風電機組整體安裝法應(yīng)運而生，與之對應(yīng)的運輸方式是整體運輸。

根據(jù)對風機整體這個概念理解的不同，海上風電機組整體運輸安裝設(shè)想分為兩種形式：一種是將除風機基礎(chǔ)及其過渡段外的上部結(jié)構(gòu)作為一個整體進行運輸與安裝，包括塔筒、機艙、輪轂和葉片等組件；另一種是將風機基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)一起作為整體進行運輸與安裝，但目前還處于研究階段，未應(yīng)用于實際工程中。無論是哪一種方式，都需要在碼頭的預(yù)組裝場地完成整體組裝與調(diào)試。

采用第一種整體運輸方式海運至機位的過程中，由于風機重心高，為保證平穩(wěn)不傾翻，通常在風機塔筒中部使用抱箍器進行固定，抱箍器安裝在平衡梁與支架上進行整體固定[7]。我國首個規(guī)?；Ｉ巷L場——上海東海大橋海上風場即采用這種方法運輸安裝了34臺3MW 風機。

隨著風場所在的海水深度、離岸距離增加，海底情況、海洋環(huán)境的復雜度也隨之增大。為進一步縮短海上作業(yè)時間、解決風機使用壽命到期后回收拆除困難等問題，第二種整體運輸與安裝方式是近年來許多學者與企業(yè)研究探討的方向，包括對適宜的風機基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)、配套安裝運輸船舶的研究。在這種方式下，通常采用浮運將風機整體運輸?shù)綑C位。

3 海上風電物流現(xiàn)存問題分析

3.1 物流服務(wù)商水平參差不齊

目前，我國海上風電行業(yè)物流服務(wù)商數(shù)量多、實力水平參差不齊，其中不乏從事大件貨物運輸?shù)膫€體戶，但缺乏專業(yè)的技術(shù)人員、操作團隊與完善的HSEQ 管理體系，運輸安全難以得到保障。

3.2 信息共享程度低，各物流環(huán)節(jié)之間缺少有效銜接

由于不同的開發(fā)商、制造商在不同的地域與物流環(huán)節(jié)可能會選擇不同的物流供應(yīng)商，且目前我國有能力提供海上風電全程物流服務(wù)的物流商數(shù)量很少。因此，不同的海上風電物流環(huán)節(jié)通常擁有不同的物流服務(wù)商。但由于部分物流商之間處于競爭關(guān)系，可能存在有意制造信息阻隔的情況，從而對下一環(huán)節(jié)的物流造成諸多不便。例如：市場上大件運輸車輛品類繁多，不同品牌、側(cè)重功能不同的運輸設(shè)備的性能和尺寸不一，運輸時需使用的工裝不同，若前一環(huán)節(jié)的物流商不提前將其運輸所用物流設(shè)備信息告知下一環(huán)節(jié)物流商，將可能造成后續(xù)運輸需臨時更換運輸車輛設(shè)備，增加物流成本與運輸時間。

3.3 缺少專業(yè)海上風電機組預(yù)組裝基地

目前，國內(nèi)僅有數(shù)個海上風電專用集港、組裝基地，大多數(shù)風機制造商使用臨近海上風場的通用碼頭，存在碼頭使用費用高、堆場場地有限、缺乏配套安裝倒運設(shè)備等問題，這也是海上風電物流成本居高不下的原因之一。

4 海上風電物流發(fā)展建議

（1）培養(yǎng)專業(yè)的海上風電物流團隊。逐漸形成以一家綜合實力雄厚的物流企業(yè)或幾家有各自優(yōu)勢領(lǐng)域的物流企業(yè)組成的聯(lián)合體為主導的海上風電物流模式，全程物流信息資源高度共享，逐步構(gòu)建整個海上風電供應(yīng)鏈管理體系，實現(xiàn)節(jié)約成本、提升供應(yīng)鏈的綜合效益。

（2）規(guī)劃、建設(shè)專業(yè)海上風電物流基地。基地應(yīng)擁有良好的岸線條件、便利的交通網(wǎng)絡(luò)、足夠的碼頭空間與地面強度，以及充足的設(shè)備資源，具備風電機組集港、預(yù)組裝、暫存、場內(nèi)運輸、吊裝、海運和后續(xù)風機運維的功能。

（3）海上風電機組整體安裝軟硬件設(shè)施建設(shè)。加強對海上風電整體安裝技術(shù)的研究，培養(yǎng)專業(yè)技術(shù)人才，研發(fā)與設(shè)計海上整體安裝運輸專業(yè)船舶設(shè)備。依托海上風電物流基地的預(yù)組裝功能，有效提升風機海上運輸與安裝效率。

（4）建立與完善海上風電物流信息系統(tǒng)。海上風電物流管理不僅需要布局與規(guī)劃實體物流網(wǎng)絡(luò)，而且必須構(gòu)建完善的物流信息系統(tǒng)，以實現(xiàn)各物流環(huán)節(jié)之間的緊密銜接、物流優(yōu)化調(diào)度和物流信息實時監(jiān)控。海上風電物流信息系統(tǒng)兼顧發(fā)布及時有效的海上天氣預(yù)報功能，幫助物流商有效利用海上作業(yè)時間窗口。