浅析海上风电运维船的发展

福建省福船海洋工程技术研究院有限公司 杨 程

浅析海上风电运维船的发展

福建省福船海洋工程技术研究院有限公司 杨 程

通过分析国内海上风电运维船现状及其市场需求，展望未来海上风电运维船的发展趋势，以明确将来的研究方向。

海上风电 运维船 风电场 风机组

海上风电目前已成为全球关注的焦点，各国把发展海上风力发电作为可再生能源开发的重要方向。我国沿海风能资源丰富，可开发潜力较大，为了促进能源可持续发展，加快海上风电发展步伐，部分沿海地区海上风电场已投入营运，多数项目规划工作正在进行中，其中，一些项目已获得国家批复。随着海上风电场源源不断地投入营运，风机组日常维护和保养是必不可少的工作，海上风电运维船将成为陆地通往海上风电场最常见的交通工具之一。海上风电场风机组能否按时进行维护保养，故障能否得以及时解决，维护技术人员的安全是否得到保障，作为交通载体的海上风电运维船起到至关重要的作用，因此，对海上风电运维船进行研究是有必要的。

1 海上风电发展情况

1.1 国内海上风能资源简述

风能是清洁的可再生能源，大力开发利用风能资源是国家重要举措之一。我国海上风能资源丰富，为了更好地满足风能资源持续、有序、合理的规划和开发利用，由中国气象局牵头组织实施“全国风能详查和评估”项目，根据中国气象局风能资源详查阶段性评估结论显示，5～25m水深、50m高度海上风电开发潜力约2亿kW；5～50m水深、70m高度海上风电开发潜力约5亿kW；除此之外，部分潮间带及潮下带滩涂资源、深海风能资源也较为丰富。

1.2 国家政策的出台

能源是经济社会发展的基础，同时也是影响经济社会发展的主要因素。随着经济社会的发展，能源消耗越来越大，能源对经济社会的制约日益突出。另外，随着能源的不断开发，人类赖以生存的自然环境受到破坏，人类社会的发展也因此受到威胁，所以，调整能源结构、开发和利用可再生能源是能源发展的必然选择。海上风电是可再生能源发展的重要领域，是推动风电技术进步和产业升级的重要力量，是促进能源结构调整的重要措施。国家发展改革委员会出台《关于海上风电上网电价政策的通知》，明确了海上风电上网电价；国家能源局“十二五”规划明确了海上风电发展工作，并出台了《海上风电开发建设管理暂行办法实施细则》《全国海上风电开发建设方案（2014-2016）》。一系列利好政策的出台，将促进海上风电快速发展。

1.3 国内海上风电场发展概况

截止2014年底，我国已完成约657.88兆瓦海上风电机组的安装，机组数量达226台（见表1，图1）。为了落实风电发展“十二五”规划，做好海上风电发展工作，响应国家政策，结合沿海地区实际情况，国家能源局编制了全国海上风电开发建设方案（2014—2016），共44个项目，总装机容量达1052.77万kW。

表1 至2014年海上风电装机量

图1 中国海上风电装机情况

2 海上风电运维船概况

2.1 国内海上风电运维船现状

海上风电发展初期，由于批量化海上风电项目较少，且大部分风机组还处于质保期之内，故障率相对低，维护工作量少，所需的人力、物力不多；另外，初期建成的海上风电场普遍离岸距离较近，海况相对平稳，对运输的要求比较低；除此之外，海上风电机组专业化维护水平低，在海上风电场仅能进行简单的维护和修理。因此，海上风电维护对风电运维船的依赖性不高，换而言之，市场的需求量不大，导致海上风电运维船的发展受限。初期的运维船主要用于运输少量的维护技术人员和简单的工具或设备，普通的工作艇、交通艇、港作艇、拖船和渔船等即可满足要求，对船舶的装载能力、吊装能力、舒适性、安全性等要求不高。

2.2 国际海上风电运维船现状

由于国外海上风电发展比较早，海上风电运维经验比较丰富，工作模式比较先进，对影响运维的环境因素识别能力比较强。尤其是欧洲，海上风电场离岸距离越来越远，海况也变得越来越复杂，风电场的维护工作要求越来越高。为了满足离岸更远的海上风电场维护作业要求，对风电运维船的功能和性能要求也越来越高，船舶的安全性、可靠性、舒适性、经济性均得以考虑。为了提高船舶的稳性，船体多数采用双体或三体（见图2）；为了降低船舶重量，减少能耗，船体材料选用铝质或玻璃钢；为了提供船舶的可进入性，船长多数为20m左右；为了降低船舶成本，规避船舶按客船要求进行设计，通常船舶载人数量保持在12人以下；为了输送大型备件和工具设备，船舶通常设置大面积的载货甲板，并配备足够起重能力的吊机（见图3）；为提高工作效率，通常设置风机安全接近系统（见图4）。

图2 23米碳纤维复合材料双体船

图3 72m海上风电服务运营船

图4 带有安全接近系统的风电运维船

3 海上风电运维船面临的挑战

3.1 运维的经济性

从陆地到海上风电场，通常有4种方法，分别为利用建设施工船、专业海上风电运维船、直升机和风电场母舰。选择任何一种运输方式都意味着资金的投入。租用建设施工船成本较高，因为建设施工船朝着大型化发展，仅为日常维护，动用庞然大物，有点大材小用。另外，建设施工船容易受到天气、海况的影响。动用直升飞机固然灵活、迅速，但是费用昂贵，风险高，受天气影响大，而且无法降落，难以得到有效的支持。风电场母舰是未来发展趋势，它起到避风港的作用，但是这种大型的船舶存在自身的缺陷，其本身不能对海上风电进行维护和保养，还需辅以其他交通工具，整体运维成本较高。专业海上风电运维船往往更受到运营商的欢迎，速度快、能耗低，更具有成本优势，但其受风、浪、流、天气和海况等自然因素的影响大，安全性差[1]。

3.2 运维的及时性

影响海上风电运维及时性的因素较多，按时间分，主要有人员和备件到场时间、等待出航时间、船舶航行时间以及维护保养时间。人员和备件到场时间主要受人员储备、物资管理、码头配套等因素影响；等待出航时间将受风、浪、流、天气和海况等自然因素的影响；航行时间将取决于风电场离岸的距离、航线复杂程度以及自然条件等因素；维护保养时间将受到工作内容、复杂程度以及人员技术水平影响。

3.3 运维的安全性

根据目前现有运维模式和交通工具，由于潮汐的影响，大多数机组作业窗口时间为2.5～4小时，当维护保养所需时间较长时，人员需留在风机上，直到下一作业窗口时间才能接回。两次涨潮间隔时间至少12小时[2]，基本上有一次是在夜里，海况瞬息万变，条件恶劣，留在风机上人员的安全无法得到保障。

4 海上风电运维船前景展望

4.1 海上风电运维船发展规模

根据国家能源局“十二五”规划要求，至2020年，我国海上风电装机规模不少于3000万kW。保守估算，按照单机功率5MW，30台风电机组需配备1艘运维船为其服务，到2020年我国将需要至少200艘风电运维船，这仅为理想情况下的估算，实际需求量将远大于200艘。

4.2 海上风电运维船发展建议

随着海上风电的发展，传统的运输工具已无法满足实际的需求，增强船舶功能势在必行。在船舶方案策划初期，需从以下几个方面进行考虑：

（1）提高船舶出航率方面。船舶出航与否受到挂旗国当局的要求和工作海域地质、水文、气象条件的影响。结合船舶工作海域的相关资料，在满足挂旗国当局要求的基础上，尽可能高地保证船舶的出航率，我国沿海地区运维船，建议在蒲福风级7级风的情况下仍可出航作业。

（2）提高船舶安全性方面。船舶安全性主要体现在船舶稳性和可操作性。可以选用双体或三体船来提高船舶的稳性，选用全回转推进器来提高船舶的可操作性。

（3）降低船舶能耗方面。主要从降低燃料消耗和减少重复航行次数两个方面降低船舶能耗。从设计方面出发，减轻船舶重量，优化船舶线型，提升船舶续航力和甲板载货能力，降低船舶重复航行次数，均能达到节省燃料消耗的目的。

（4）减少船舶成本方面。船舶成本将由功能和标准的多少、配置的高低等因素决定。船舶功能的多少和配置的高低由业主决定，标准的多与少，可以从设计的角度去考虑。由于目前没有海上风电运维船的统一标准，在船舶的策划阶段，可以从吨位和载人数量上进行控制，以达到规避规则或规范，降低船舶建造成本的目的。

5 结束语

考虑到国内海上风电运维船领域处于空白状态，开发、建造一艘真正意义上的海上风电运维船已迫在眉睫。通过第一艘海上风电运维船的开发和建造，能够积累和总结实际经验，掌握第一手资料，规范船型设计，提升建造工艺工法，推动行业法规和规范的出台，促进产业链的升级，引领行业发展。

[1] 黄玲玲，曹家麟，张开华，符杨，徐涵璐. 海上风电机组运行维护现状研究与展望[J]. 中国电机工程学报，2016（3）：729-738.

[2] 吴俊彦，肖京国，成俊，等. 中国沿海潮汐类型分布特点[A]//第十届中国科协年会论文集(一)[C]. 北京: 海军出版社, 2008.