田榮華

（中交第一航務(wù)工程局有限公司總承包工程分公司，天津 300461）

海上風(fēng)電安裝船是指將海上風(fēng)機(jī)運(yùn)輸至相應(yīng)的海上風(fēng)電場(chǎng)進(jìn)行安裝的運(yùn)輸及安裝工具，此類工具中往往有一定的定位設(shè)備和起重設(shè)備，以滿足不同情況下海上風(fēng)電項(xiàng)目的施工需求[1]?；趯?duì)運(yùn)輸和安裝效率、安全性、性能和穩(wěn)定性等多方位的要求，還應(yīng)從強(qiáng)承載力、大甲板可使用面積、船只功能性拓展、不同工程下船只的普遍適用性與成本控制等方面出發(fā)，進(jìn)一步優(yōu)化與發(fā)展風(fēng)電安裝船技術(shù)[2]。

1 海上風(fēng)電安裝船技術(shù)的基本特點(diǎn)與重要意義

1.1 提升海上風(fēng)機(jī)運(yùn)輸與安裝效率

海上風(fēng)機(jī)運(yùn)輸與安裝是海上風(fēng)電項(xiàng)目有效開展的重要環(huán)節(jié)。隨著海上風(fēng)電項(xiàng)目進(jìn)入深遠(yuǎn)海，海上風(fēng)電安裝船技術(shù)的發(fā)展和適配應(yīng)用都需要逐步加快。海上風(fēng)機(jī)的運(yùn)輸與安裝效率，可以結(jié)合不同的海情及時(shí)運(yùn)輸?shù)斤L(fēng)場(chǎng)進(jìn)行適配安裝，讓安裝人員根據(jù)運(yùn)輸船所配備的相關(guān)設(shè)備進(jìn)行高效率安裝、維修與保養(yǎng)，從而保障項(xiàng)目的初期施工和長期維護(hù)[3]。

1.2 為海上風(fēng)電項(xiàng)目發(fā)展提供多元化可能

海上風(fēng)電項(xiàng)目在實(shí)際發(fā)展過程中除了風(fēng)機(jī)運(yùn)輸、安裝外，還包括周邊環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)以及其他基礎(chǔ)性設(shè)施的建設(shè)等方面。海上風(fēng)電安裝船技術(shù)的逐步發(fā)展，不僅可以在實(shí)際完成海上風(fēng)電項(xiàng)目時(shí)為工作人員提供更多便利，還可以進(jìn)一步豐富項(xiàng)目功能，真正讓海上風(fēng)電發(fā)展多元化，打破現(xiàn)有條件的約束，從而得到更深層次的發(fā)展和突破[4]。

1.3 強(qiáng)化海上風(fēng)力資源的深度挖掘

海上風(fēng)電安裝船技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展與革新，意味著可以結(jié)合不同海情挖掘更為廣闊海域的風(fēng)力資源。結(jié)合安裝船可駛?cè)氲牡攸c(diǎn)和安裝作業(yè)開展的相關(guān)保護(hù)措施進(jìn)行綜合考量，讓更多海域項(xiàng)目的實(shí)施成為可能，進(jìn)一步強(qiáng)化與實(shí)現(xiàn)海上風(fēng)力資源的深度挖掘。技術(shù)是決定工程項(xiàng)目發(fā)展上限的關(guān)鍵內(nèi)容，除了安裝船的相關(guān)技術(shù)革新外，風(fēng)機(jī)的具體研發(fā)、海上風(fēng)電建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的進(jìn)一步優(yōu)化等都對(duì)海上風(fēng)力資源的深度挖掘具有積極意義。

2 海上風(fēng)電安裝船技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造缺乏溝通

目前，安裝船技術(shù)發(fā)展過程中，產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造存在一定程度的溝通缺失。從已建成的風(fēng)電安裝船來看，很多船型設(shè)計(jì)是根據(jù)沿?；蚪：絽^(qū)小兆瓦風(fēng)機(jī)擬實(shí)施的。但是，隨著我國海上風(fēng)電建設(shè)的迅猛發(fā)展，施工海域邁向深遠(yuǎn)海，風(fēng)機(jī)也向著大兆瓦主機(jī)發(fā)展，這意味著在現(xiàn)有的風(fēng)電安裝船中，有很大一部分無法滿足我國海上風(fēng)電未來的發(fā)展趨勢(shì)[5]。由于安裝船的技術(shù)發(fā)展未能跟上海上風(fēng)電技術(shù)研發(fā)的步伐，近年來國內(nèi)海上風(fēng)電安裝船面臨出廠即需返廠改造的情況，以適應(yīng)新項(xiàng)目中施工海域離岸更遠(yuǎn)、水深更深、吊重需求更大的要求。在安裝船實(shí)際應(yīng)用過程中，出現(xiàn)部分技術(shù)不夠完善、功能性體現(xiàn)不夠全面等情況，造成相應(yīng)成本增加[6]。

2.2 船只數(shù)量存在需求缺口

海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展速度迅猛，存在多個(gè)項(xiàng)目共用海上風(fēng)電安裝船的情況。目前海上風(fēng)電安裝船的數(shù)量、技術(shù)性能已經(jīng)很難滿足我國海上風(fēng)電施工項(xiàng)目的實(shí)際使用需求，在后續(xù)的維修及檢查過程中，風(fēng)電安裝船的實(shí)際應(yīng)用需要通過一定的合作與商議實(shí)現(xiàn)[7]。同時(shí)，在船只數(shù)量上仍然存在一定的需求缺口，這是因?yàn)轱L(fēng)電安裝船受到各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)的限制，很難在未來深遠(yuǎn)海海域、大兆瓦主機(jī)吊裝的需求下進(jìn)行使用，而且使用局限性較強(qiáng)。

2.3 跨領(lǐng)域合作交流不足

隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，機(jī)械設(shè)備在其他領(lǐng)域的應(yīng)用融合也屢見不鮮。但是，海上風(fēng)電安裝船在實(shí)際安裝過程中，由于兼顧保密性和功能性等原因，跨領(lǐng)域合作相對(duì)有限，這使得風(fēng)電安裝船在技術(shù)研發(fā)和功能開發(fā)與實(shí)現(xiàn)過程中很難與其他領(lǐng)域優(yōu)勢(shì)相結(jié)合，使得安裝船為項(xiàng)目提供的幫助存在維度限制。

3 海上風(fēng)電安裝船技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

3.1 適應(yīng)條件寬容化

海上風(fēng)電安裝船為了滿足不同情況下的使用要求，讓更多的項(xiàng)目能夠應(yīng)用同一安裝船進(jìn)行作業(yè)，需要進(jìn)一步調(diào)整海上風(fēng)電建設(shè)過程中安裝船的適用水深。通過優(yōu)化內(nèi)部結(jié)構(gòu)、提升船身可承載的側(cè)面壓力以及有效選擇所用材料，使得安裝船除了適應(yīng)淺水區(qū)的作業(yè)外，還能夠開展深海區(qū)域的風(fēng)電項(xiàng)目，讓更多海域的海上風(fēng)力資源得到有效利用，為可再生能源的開發(fā)和技術(shù)發(fā)展提供良好的先決條件[8]。我國海上風(fēng)電正逐漸走向深遠(yuǎn)海，截至2022 年12 月，已有82 個(gè)平價(jià)海上風(fēng)電項(xiàng)目共計(jì)51 GW 穩(wěn)步推進(jìn)中。這些平價(jià)海上風(fēng)電項(xiàng)目離岸距離在2.6 ～120 km，水深范圍在5 ～90 m。從離岸距離看，這些海上風(fēng)電項(xiàng)目有近1/2超過30 km。從水深角度看，這些海上風(fēng)電項(xiàng)目有近1/2 超過30 m。從省份角度看，這些平價(jià)海上風(fēng)電項(xiàng)目中，江蘇省項(xiàng)目離岸距離均超過30 km，廣東省項(xiàng)目水深大部分在30 m 以上，遼寧省項(xiàng)目離岸距離在30 km 左右，海南省水深大部分超過30 m，離岸距離超過30 km[2]。未來風(fēng)電場(chǎng)的適用水深范圍將進(jìn)一步擴(kuò)大，這意味著海上風(fēng)電安裝船需要滿足更大范圍的作業(yè)水深。

在現(xiàn)有投入使用的風(fēng)電安裝船中，以啟東中遠(yuǎn)海運(yùn)為比利時(shí)海上風(fēng)電巨頭Jan De Nul 集團(tuán)建造的“Voltaire”號(hào)最為領(lǐng)先?！癡oltaire”號(hào)船長181 m、船寬60 m、型深14.6 m、樁腿高度131.94 m，主吊起重能力3 200 t，項(xiàng)目設(shè)計(jì)4 條樁腿，配備DP2 動(dòng)力定位系統(tǒng)，適用于18 ～20 MW 海上風(fēng)機(jī)安裝。項(xiàng)目甲板有效載荷約14 000 t，生活區(qū)可容納110人居住，可在80 m 以下水深內(nèi)進(jìn)行作業(yè)[9]。該自升式起重機(jī)專為運(yùn)輸、吊裝和安裝下一代海上風(fēng)機(jī)、過渡件和基礎(chǔ)而設(shè)計(jì)。

相較于初代海上風(fēng)電安裝船，當(dāng)前的安裝船進(jìn)行了相應(yīng)優(yōu)化，在采用自升式船型的同時(shí)，將船只長度控制在50 ～200 m。通過裝配式技術(shù)的引用和可升降裝載量的實(shí)際調(diào)整，讓海上風(fēng)電安裝船的適用條件更加寬容，這也是未來海上風(fēng)電安裝船技術(shù)發(fā)展的一大趨勢(shì)。

3.2 承載能力更強(qiáng)與甲板面積擴(kuò)大

海上風(fēng)機(jī)需要占用的體積相對(duì)較大，而且在實(shí)際風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)與運(yùn)輸過程中需考慮運(yùn)輸安全性、穩(wěn)定性以及在主甲板上進(jìn)行操作時(shí)的可調(diào)整性等，主甲板的面積應(yīng)得到進(jìn)一步的擴(kuò)大，才能滿足多樣化的設(shè)備運(yùn)輸和安裝需求。因此，在安裝船設(shè)計(jì)與技術(shù)開發(fā)過程中應(yīng)合理增大主甲板的可利用面積，同時(shí)提升主甲板的綜合承載力，提高安裝船可運(yùn)輸?shù)娘L(fēng)機(jī)設(shè)備種類和數(shù)量，讓工作人員能夠在更寬大的主甲板上進(jìn)行較高自由度的工作實(shí)施，進(jìn)一步提高風(fēng)機(jī)設(shè)備運(yùn)輸與安裝過程中的容錯(cuò)率。例如，“Voltaire”風(fēng)電安裝船的甲板有效載荷約14 000 t，可以有效增加海上風(fēng)電安裝船所能承載的海上風(fēng)機(jī)數(shù)量，也可以讓海上風(fēng)機(jī)的研發(fā)與制作有更大的調(diào)整空間。

3.3 應(yīng)急技術(shù)的優(yōu)化與發(fā)展

海上風(fēng)電運(yùn)輸船在實(shí)際作業(yè)過程中，基于船只狀態(tài)和周邊海域綜合情況的變化，需要合理應(yīng)對(duì)多類緊急情況，如船只碰撞后的緊急修復(fù)、海上風(fēng)機(jī)的緊急轉(zhuǎn)移和遇險(xiǎn)保存、船上工作人員的緊急逃生與疏散等，這些都是應(yīng)急技術(shù)優(yōu)化與發(fā)展的考慮方向。只有充分優(yōu)化海上風(fēng)電安裝船應(yīng)急技術(shù)，才能為海上風(fēng)電項(xiàng)目施工人員的人身安全提供更加良好的保障，進(jìn)一步降低海上風(fēng)電項(xiàng)目實(shí)施時(shí)的風(fēng)險(xiǎn)，從而將緊急情況下造成的損失降至最低。

4 海上風(fēng)電安裝船技術(shù)突圍路徑

4.1 強(qiáng)化技術(shù)交流與合作

海上風(fēng)電安裝船在實(shí)際使用過程中會(huì)涉及不同領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)要點(diǎn)探討，而其中的技術(shù)瓶頸也需要通過更為合理的分析予以突破。例如，目前常見的海上風(fēng)電安裝船適用水域僅能達(dá)到60 m，在可抵抗壓力和風(fēng)險(xiǎn)因素等方面的考慮還不夠深刻。相關(guān)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)可以與其他國家的企業(yè)進(jìn)行信息分享與交流，通過技術(shù)合作，使得風(fēng)電安裝船的制造和使用能夠符合不斷發(fā)展的新能源開發(fā)與使用的時(shí)代性要求。通過增進(jìn)交流與互信，為海上風(fēng)電項(xiàng)目的長期發(fā)展與可再生能源的深度挖掘奠定良好基礎(chǔ)[10]。

4.2 實(shí)現(xiàn)跨領(lǐng)域技術(shù)融合

為了真正實(shí)現(xiàn)海上風(fēng)電安裝船技術(shù)的突破與發(fā)展，要結(jié)合其他領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)一步豐富安裝船的功能。通過有效手段提升主甲板的承載力和可利用面積后，對(duì)于生活區(qū)域的具體劃分與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，利用人工智能技術(shù)提升海上風(fēng)電安裝船的條件監(jiān)測(cè)與信息交互，以大數(shù)據(jù)技術(shù)對(duì)當(dāng)前情況進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。另外，航行時(shí)間的預(yù)測(cè)等可以在一定程度上提高海上風(fēng)電安裝船的工作效率，為海上風(fēng)電項(xiàng)目的持續(xù)開展提供良好保障。只有真正融合多領(lǐng)域技術(shù)，通過多維度進(jìn)行考量，實(shí)現(xiàn)功能更為豐富、運(yùn)輸及安裝效率更高的海上風(fēng)電安裝船研發(fā)，才能真正讓更多的海上風(fēng)電項(xiàng)目構(gòu)想成為可能[11]。

4.3 實(shí)現(xiàn)海上風(fēng)電安裝船研發(fā)和使用的規(guī)范化管理

海上風(fēng)電安裝船實(shí)際研發(fā)和使用過程中，往往需要通過嚴(yán)格的參數(shù)和具體的使用驗(yàn)證才能夠滿足不同的使用要求，使得使用中的安全性和功能性得到更為良好的保證。在“十四五”規(guī)劃中，對(duì)于可再生能源的發(fā)展規(guī)劃也涉及海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的相關(guān)內(nèi)容。但是，我國海上風(fēng)電安裝船的實(shí)際設(shè)計(jì)、制造與使用還缺乏相關(guān)的可執(zhí)行規(guī)范，在實(shí)際操作和應(yīng)用中，會(huì)使得人員在進(jìn)行海上風(fēng)電安裝船的具體使用、日常維修和緊急情況處理時(shí)缺乏可參照性的具體內(nèi)容，因此需要對(duì)海上風(fēng)電安裝船的研發(fā)和使用進(jìn)行規(guī)范化管理，制定具有普遍使用意義的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，使得海上風(fēng)電安裝船的實(shí)際研發(fā)和使用能夠更具有目的性和針對(duì)性[12]。

5 結(jié)語

海上風(fēng)電安裝船作為海上風(fēng)電項(xiàng)目具體實(shí)施過程中的關(guān)鍵設(shè)備，對(duì)于提升海上工作人員效率、海上風(fēng)機(jī)運(yùn)輸和安裝效果都具有一定的促進(jìn)意義。海上風(fēng)電安裝船的技術(shù)發(fā)展與跨領(lǐng)域的技術(shù)融合，可以使海上風(fēng)電安裝船滿足工程項(xiàng)目的更多需求，真正打破傳統(tǒng)意義上風(fēng)電安裝開展的條件限制，以更加規(guī)范合理的方式進(jìn)行海上風(fēng)機(jī)安裝作業(yè)，為海上風(fēng)力資源利用為代表的可再生能源的開發(fā)與利用提供更多可能。