張建文，張 巍

綜述

海上風(fēng)電發(fā)展相關(guān)船舶探究

張建文，張 巍

（三峽能源福州海峽發(fā)電有限公司，福建福州 350207）

隨著我國海上風(fēng)電爆發(fā)式增長，海上風(fēng)電已經(jīng)出現(xiàn)離岸距離遠(yuǎn)、風(fēng)場水域水深，以及風(fēng)機(jī)大型化的特點(diǎn)。海上風(fēng)電機(jī)組及其配套設(shè)施的重量和尺寸成倍數(shù)增長，海上風(fēng)電建設(shè)和運(yùn)營過程中需要的使用更加專業(yè)和先進(jìn)的“運(yùn)輸船舶”、“施工船舶”和“運(yùn)維船舶”。本文從海上風(fēng)電將開始全面迎來10 MW及以上風(fēng)機(jī)建設(shè)需要所涉及到的此三類型船舶特點(diǎn)入手，主要分析海上風(fēng)電往深、遠(yuǎn)、海發(fā)展，機(jī)組大型化趨勢下所需要配套船機(jī)資源的發(fā)展趨勢和對海上風(fēng)電船舶發(fā)展情況進(jìn)行思考。

海上風(fēng)電 風(fēng)電安裝船 基礎(chǔ)施工船 海纜敷設(shè)船 運(yùn)維船 SOV（運(yùn)維母船）

0 引言

伴隨著海上風(fēng)機(jī)價(jià)格不斷下探及施工成本低逐步降低，海上風(fēng)電在“十四五”階段將迎來爆發(fā)式增長！國家發(fā)改委和國家能源局印發(fā)的《“十四五”現(xiàn)代能源體系規(guī)劃》提出，提升東部地區(qū)能源清潔低碳發(fā)展水平，要積極推進(jìn)東南部沿海地區(qū)海上風(fēng)電集群化開發(fā)，重點(diǎn)建設(shè)廣東、福建、浙江、江蘇、山東等海上風(fēng)電基地。在全球綠色浪潮與“雙碳”目標(biāo)的雙重驅(qū)動(dòng)下，中國海上風(fēng)電“藍(lán)色引擎”動(dòng)力十足。2021年，中國海上風(fēng)電裝機(jī)規(guī)模躍居世界第一發(fā)展海上風(fēng)電，中國擁有天然優(yōu)勢--海岸線長、可利用海域面積廣，擁有極大發(fā)展空間，海上風(fēng)電的發(fā)展離不開使用相關(guān)的海上船機(jī)資源，促使海上風(fēng)電配套的建設(shè)船舶、運(yùn)維船舶不斷創(chuàng)新、換代、建造。

1　海上風(fēng)電運(yùn)輸船舶

國際上一般認(rèn)為單件重量超過40 t，為超重貨；單件長度超過12 m，為超長貨；單件寬度超過3 m，為超寬貨；單件高度超過3 m，為超高貨。滿足任何一條都算是重大件。風(fēng)電設(shè)備主要有風(fēng)力發(fā)電塔，風(fēng)力發(fā)電機(jī)艙，風(fēng)電槳葉等大型設(shè)備，都屬于超長，超重，超寬，超高的；而風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)建設(shè)設(shè)備中更是多采用超大件的導(dǎo)管架形式。根據(jù)目前國內(nèi)已建成福建外海的某大型風(fēng)場機(jī)組參數(shù)數(shù)據(jù)為參考如下兩表。

表2 “導(dǎo)管架基礎(chǔ)尺寸參數(shù)”

1.1 海上風(fēng)電運(yùn)輸船的選擇

海上風(fēng)電運(yùn)輸船選擇的原則：一、適用性原則，需要滿足設(shè)備運(yùn)輸?shù)母黜?xiàng)要求，特別是在深、遠(yuǎn)、海項(xiàng)目上的海上風(fēng)電項(xiàng)目，需要運(yùn)輸船具備機(jī)位交貨的能力，能滿足在施船旁邊穩(wěn)定精確定位（可以是錨系定位或動(dòng)力DP定位）便于施工船舶卸貨和施工。二、經(jīng)濟(jì)性原則，在船舶滿足風(fēng)電場水域適用的前提下綜合考慮多種類船型運(yùn)輸方式如：動(dòng)力平板駁、帶定位能力的半潛駁、拖輪+無動(dòng)力平板駁等多種組合運(yùn)輸方式，挑選更加經(jīng)濟(jì)使用的運(yùn)輸滿足相應(yīng)的運(yùn)輸和施工需求。三、安全性原則，安全性原則是船舶選擇中應(yīng)重視并能保證運(yùn)輸船舶在航次任務(wù)中的人身安全、工程安全和船舶安全。

1.2 海上風(fēng)電運(yùn)輸船的發(fā)展思路

在海上風(fēng)電機(jī)組發(fā)展大型化、安裝整體化、海域深水化、漂浮式基礎(chǔ)趨勢化下海上風(fēng)電運(yùn)輸船舶的發(fā)展思路和建議：建造一批專業(yè)的海上風(fēng)電運(yùn)輸船舶，能滿足實(shí)現(xiàn)對海上風(fēng)電設(shè)備多功能運(yùn)輸、多套設(shè)備同船裝運(yùn)，能在70米及以下甚至更深的水深條件下精確定位的船舶。通過建造一批的新型葉片疊放式運(yùn)輸船舶、塔筒立式運(yùn)輸船舶、風(fēng)機(jī)部件組合分層放置運(yùn)輸船舶、風(fēng)機(jī)整體式運(yùn)輸船舶等專業(yè)用于海上風(fēng)電機(jī)組運(yùn)輸以及大型導(dǎo)管架運(yùn)輸?shù)拇?；逐漸形成一批專業(yè)化的運(yùn)輸船隊(duì)，供國內(nèi)多個(gè)風(fēng)場的運(yùn)輸供應(yīng)。同時(shí)建立與完善海上風(fēng)電物流船舶信息系統(tǒng)，全程物流船舶資源信息高度共享，逐步構(gòu)建整個(gè)海上風(fēng)電供應(yīng)鏈的運(yùn)輸管理體系，以實(shí)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(shí)時(shí)監(jiān)控；最終形成能夠合理分配調(diào)度船舶資源、實(shí)現(xiàn)節(jié)約成本、提升供應(yīng)鏈的綜合效益。

2　海上風(fēng)電主體施工船舶

2.1 基礎(chǔ)施工船

海上風(fēng)機(jī)建設(shè)的基礎(chǔ)施工上雖然基礎(chǔ)形式不盡相同，但固定式基礎(chǔ)的施工基本都是由打樁船和大型浮吊船來完成。海上風(fēng)電的興起使得國內(nèi)不少其他海洋、海油的工程船舶轉(zhuǎn)戰(zhàn)海上風(fēng)電，極大的支持和滿足了海上風(fēng)電建設(shè)基礎(chǔ)部分施工的船只的需求。

表3 “國內(nèi)部分大型風(fēng)電基礎(chǔ)施工船舶”

但是，隨著規(guī)?；l(fā)展的到來，規(guī)?；娘L(fēng)電場將往更深、更遠(yuǎn)的海域發(fā)展，由此業(yè)內(nèi)人士普遍認(rèn)為，漂浮式海上風(fēng)電將成為未來新賽道。

2.2　風(fēng)機(jī)安裝船

在現(xiàn)有的自升式安裝平臺(tái)中，僅有11艘能夠安裝8兆瓦（含）以上的海上風(fēng)電機(jī)組，2艘能夠安裝10兆瓦（含）以上的海上風(fēng)電機(jī)組。World Energy Reports的報(bào)告指出，隨著風(fēng)力渦輪機(jī)尺寸、作業(yè)水深和基座尺寸的快速增加，到2025年現(xiàn)有的海上風(fēng)電安裝船在技術(shù)上幾乎將全部過時(shí)，需要60余艘新建或升級(jí)安裝船來滿足市場需求。就連世界航運(yùn)巨頭馬士基也于今年3月，向新加坡勝科海事下單訂購了一艘大型風(fēng)電安裝（WTIV）——這是馬士基首次訂造風(fēng)電安裝船。

表4 “國內(nèi)第四代風(fēng)機(jī)安裝船建造統(tǒng)計(jì)表”

第四代風(fēng)機(jī)安裝船的主要特點(diǎn)是：滿足50米以上水深作業(yè)、能集運(yùn)輸、自升、自航、起重、動(dòng)力定位等多功能于一體、具有優(yōu)良的機(jī)動(dòng)性和運(yùn)輸能力、具備安裝15 MW左右風(fēng)機(jī)的能力，能夠滿足深遠(yuǎn)海一體化海上風(fēng)電施工作業(yè)需求。

2.3 海纜敷設(shè)船

海纜在整個(gè)海上風(fēng)電場的運(yùn)行結(jié)構(gòu)中同時(shí)扮演著“血管”和“神經(jīng)”的角色，除了匯集、傳輸電能外，其內(nèi)部還有光纖單元，作為風(fēng)電場通信及海纜監(jiān)測信號(hào)的通道。然而我國在海底電纜工程建設(shè)方面起步較晚，自主建造的海纜船比較少。目前國內(nèi)的海底電纜敷設(shè)施工船主要應(yīng)用于國內(nèi)沿海，作業(yè)水深較淺且噸位相對較小，定位系統(tǒng)以錨泊定位為主，通過絞收翻錨方式向前敷設(shè)海纜，鋪纜設(shè)備以傳統(tǒng)形式的埋設(shè)犁為主，難以滿足長距離、深水、大容量的海底電纜鋪設(shè)工程需要。

隨著近海風(fēng)能資源的開發(fā)逐漸飽和以及風(fēng)電上網(wǎng)電價(jià)下降成必然趨勢海上風(fēng)電勢必朝著遠(yuǎn)?；?、規(guī)模化發(fā)展，長距離、大規(guī)模的電能輸出將對降低海纜上的電能損耗提出新的需求?？梢灶A(yù)見，在未來的海上風(fēng)電項(xiàng)目中，采用柔性、直流的電纜送出方式，深遠(yuǎn)海項(xiàng)目海纜敷設(shè)將是一個(gè)趨勢。這樣必定會(huì)延伸出能用DP定位功能適應(yīng)深水區(qū)的海纜敷設(shè)，配合淺吃水船進(jìn)行登陸段海纜的敷設(shè)的綜合性海纜作業(yè)船隊(duì)，以此來完成深遠(yuǎn)海項(xiàng)目的海上部分和登陸送出部分的海纜敷設(shè)工程。

表5 “國內(nèi)帶DP動(dòng)力控制能力敷纜船統(tǒng)計(jì)表”

3　海上風(fēng)電運(yùn)維船舶

根據(jù)歐洲海上風(fēng)電運(yùn)維成本分析，海上運(yùn)維交通成本約占運(yùn)維總成本的20～25%，足見運(yùn)維交通對海上風(fēng)電項(xiàng)目整個(gè)生命運(yùn)營周期的重要性。

對國內(nèi)運(yùn)維船舶市場的調(diào)研，目前單體船在海上風(fēng)電運(yùn)維船所占的比重仍然較大。但隨著雙體運(yùn)維船數(shù)量的增多，雙體船型優(yōu)良的頂靠能力逐漸被認(rèn)可。尤其是福建和廣東海域，由于海況較惡劣，雙體船的優(yōu)勢表現(xiàn)更凸出。未來，海上風(fēng)電運(yùn)維船將以雙體船為主流船型。隨著海上風(fēng)場的建設(shè)，海上風(fēng)場的離岸距離越來越遠(yuǎn)，海況越來越惡劣，運(yùn)維船的航速和頂靠能力逐漸被重視，可達(dá)性和航速較高的高端專業(yè)運(yùn)維船舶的優(yōu)勢將會(huì)更加凸顯，現(xiàn)行低端的船舶將會(huì)逐步退出市場。根據(jù)風(fēng)場規(guī)劃的實(shí)際情況，著眼未來運(yùn)維交通市場需求，合理打造與風(fēng)場相匹配的專業(yè)運(yùn)維船型，提高運(yùn)維船舶的可達(dá)性和通勤率，以確保風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行的時(shí)間，促進(jìn)海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，可以遇見未來將出現(xiàn)一批專業(yè)化的海上風(fēng)電運(yùn)維船舶穿在各個(gè)海上風(fēng)場的海域梭。MSI還表示，隨著海上風(fēng)電在全球范圍內(nèi)大幅擴(kuò)張，越來越多的在役風(fēng)電場需要使用SOV，而目前新建船只的重點(diǎn)都在安裝船上。2030年前，整個(gè)海上風(fēng)電市場還需要50艘SOV，而在此之后，SOV的需求將出現(xiàn)爆發(fā)式增加。

4　結(jié)論

國內(nèi)海上風(fēng)電發(fā)展已進(jìn)入平價(jià)時(shí)代，配套產(chǎn)業(yè)逐步成熟，搶裝潮結(jié)束后的海上風(fēng)電發(fā)電成本已經(jīng)形成斷崖式下降，未來深遠(yuǎn)海、大容量機(jī)組勢必集中進(jìn)入建設(shè)期、已投運(yùn)的海上風(fēng)電也將開啟了運(yùn)維階段。海上風(fēng)電的發(fā)展離不開使用相關(guān)的海上船機(jī)資源，促使海上風(fēng)電配套的建設(shè)船舶、運(yùn)維船舶不斷創(chuàng)新、換代、建造。新型和新造的海上風(fēng)電裝備即將在未來的海上風(fēng)電建設(shè)和運(yùn)維中發(fā)展并發(fā)揮其重要作用。

[1] 中國水運(yùn)報(bào). 海上風(fēng)電安裝船掀起熱潮[EB/OL]. [2020-09-09]. http://www.zgsyb.com/news.html?aid=568140.

[2] 張政, 李文明. 大型海工船 DP 系統(tǒng)引航應(yīng)用可行性分析[J]. 中國水運(yùn). 2019, 19(6): 16-17.

[3] 劉志杰, 劉曉宇, 孫德平, 等. 海上風(fēng)電安裝技術(shù)及裝備發(fā)展現(xiàn)狀分析[J]. 船舶工程, 2015(7): 1-4.

[4] 張明，海上風(fēng)電建設(shè)對船舶航行安全的影響研究[J]. 天津航海, 2014.

[5] 章建峰，詹佳，董九洋，等. 船舶動(dòng)力定位系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)[J]. 船舶工程，2019（41）：208-211.

[6] 王徽華，杜振東新型海上風(fēng)電設(shè)備運(yùn)輸船舶設(shè)計(jì)研究. 江蘇船舶，2017.

[7] 李綠琴，海上風(fēng)電運(yùn)維船的發(fā)展探究[J]. 科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2019.

Ship exploration related to offshore wind power development

Zhang Jianwen, Zhang Wei

(Three Gorges Energy Fuzhou Strait Power Generation Co., Ltd., Fuzhou, Fujian, 350207)

U664

A

1003-4862（2023）10-0048-06

2023-04-28

張建文（1985-），男，中級(jí)。研究方向：船舶工程和海上風(fēng)電船舶施工。E-mail：632847010@qq.com