国内海上风电运维船发展现状及分析

文 | 陈钇西，柯逸思，张忠中，王磊，李达

自从我国第一个海上风电项目——东海大桥海上风电场并网发电以来，每年新增的并网装机容量在逐步增加，但与《风电发展“十三五”规划》确定的2020年目标还有较大差距，未来这一市场依然有巨大的发展前景。随着工程建设渐入佳境，海上风电运维市场的潜力逐渐显现。

海上风电场运维涉及的对象较多，如风电机组、基础、升压站、海缆等，需要采取不同的运维策略来配套相应的运维设备。在国外，海上风电运维市场已经非常成熟，而国内则刚刚起步，缺乏运行维护管理经验，设备研制也处于摸索阶段。

通常我们所说的专业风电运维船是指用于日常维护或小部件更换的运维船，包括双体风电运维船和三体风电运维船两类，具有甲板面积大、布置宽敞、航速较高、稳性好等优点。风电机组的大部件更换则需要更大的自升式运维船，这暂不纳入本文讨论的范围内。

放眼国内，能被称为海上风电运维船的船只寥寥无几。初期，运送作业人员的船只以渔船、工作艇、交通艇等为主。随着对装载能力、吊装能力、舒适性、安全性要求的提高，国内现阶段已打造出若干艘双体船型的运维船只，并试点投用。

市场现状

我国海上风电开发集中在沿海省份，从南到北包括广东、福建、浙江、上海、江苏、山东、河北、辽宁等。其中，江苏省起步比较早，海上风电运维市场已经初见雏形，出现了能够独立提供专业运维服务的第三方企业，如南通风电运维海洋工程有限公司、江苏丰能海服科技有限公司、江苏新能海装科技有限公司等。福建的海上风能资源丰富，但产业发展还处于起步阶段。在该省，有专业的运维公司——福建海上风电运维服务有限公司规划开展独立的第三方运维服务。

目前，国内的专业运维船数量不多，主要集中在江苏与福建两省，包括“风电运维5”“龙源运维1”“新能运维1201”“丰能1”“运维001”“润邦海豚1”等。

图1 风电运维5

一、风电运维5

“风电运维5”号是一艘双体、双机、双桨、全钢质的海上风电运维船，于2016年9月建成。该船长28m，型宽10.8m，型深3.7m，采用柴油机驱动螺旋桨推进，航速约为13节。“风电运维5”号的总吨位为238吨，空载吃水深度2.0m，满载吃水深度2.2m，适合水深较大的海域。该船具有较大的甲板面积，前甲板面积为25m2，后甲板面积为28m2，前甲板配1T折臂吊，吊高可达10m。它可载员20人，满载续航能力为500海里，自持能力为10天，通过顶靠的方式实现登靠，具备坐滩能力。“风电运维5”号为南通风电运维海洋工程有限公司所有。

二、龙源运维1

“龙源运维1”号是国内最早的双体运维船之一，目前与“新能海装1201”号共同服务于江苏如东海上风电场。该船长13.4m，宽4.2m，吃水深度为0.95m。艏部配有起重量0.48T、起重高度8.5m的吊机一部。航区设计为沿海、航速可达15节，可载人数为12人。它具有一定的坐滩能力，可通过顶靠或侧停靠靠近基础。

三、新能运维1201

“新能运维1201”号目前主要用于江苏如东海上风电场运维作业，是国内首艘铝合金专业海上风电运维双体船，其以“龙源运维1”号为母型船。该船总长14.8m，型宽4.2m，型深1.5m，吃水深度0.75m。船体材料采用铝合金替代了传统船用钢，大大提升了船舶的航速，最大航速可达20节。“新能运维1201”号还取消了“龙源运维1”号所配备的吊机，增加了甲板的使用面积。乘员人数为8—10名，包括船员和乘客。其航区为沿海，续航能力达200海里。

图2 龙源运维1

四、丰能1

“丰能1”号是一艘双体运维船，主要用于海上风电日常巡查、维护、海上交通等。该船归属于江苏丰能海服科技有限公司，于2016年8月建造完成。船总长26.88m，型宽8.4m，型深3.0m，设计吃水深度1.7m。船身为钢质，航速达15节，抗风等级为8级，可作业浪高达1.5m。该船的定员为4人，并设有船员铺位4个，可载6名乘客，设计航区为近海。“丰能1”号现用于江苏大丰区海上风电场，船甲板未设置起重吊机。

五、运维001

“运维001”号是由福建船舶投资有限公司投资的专业海上风电运维船，于2016年5月开始建造。该船为铝合金制双体船，船长19.5m，宽5.2m，高2m，总吨位58吨，净吨位17吨，吃水深度1.1m。其航区为沿海，航速可达15节。船前甲板配有1T起重量的折臂吊，最大起重高度为10m。艏部还配有一套顶推式可伸缩主动补偿登靠装置，保证维护人员上下安全、方便、可靠。该船配备3名船员，可搭载11名乘客，但无住宿船舱，无法在船上过夜。“运维001”号最高可抗风速为25m/s的海况，作用浪高可达2.5m。满载续航能力为300海里，船舶自持力为20小时。

六、润邦海豚1

“润邦海豚1”号于2016年12月开工建造，船长27.6m，型宽9.6m，型深3.2m，采用双体船型设计，具有高速性、平稳性及易于操控等优点。该船吃水深度为1.53m，总吨位180吨，航区为近海，抗风能力为6级，作业浪高可达2m。前甲板配有1T起重量的折臂吊，吊高10m。“润邦海豚1”号的航速为13.8节，除4名船员外，可运送12名运维人员。

各运维船的参数如表1所示。

海上风电运维船分析

一、配套装备

我国各个海域有其不同的特点。江苏沿海有宽阔的滩涂，潮间带受潮汐影响明显，涨潮与落潮的水位差较大，且受台风影响小。因此，以服务江苏海域为目标的运维船基本具备坐滩能力，以适应巨大的潮差。受台湾海峡“狭管效应”影响，福建海域的年平均风速高，沿海地区平均风力>3级，沿海历年≥6级大风的日数为15—110天。该海域受台风影响严重，1959年—2009年，正面登陆福建的台风有136个，平均一年有2.7个。以服务福建海域为目标的运维船需具备较好的抗风浪能力，船身尺寸不宜过小。

表1 国内海上风电运维船参数表

表2 海上风电运维船安装折臂吊的优缺点

目前，国内尚未制定海上风电运维船的相关规范。因此，各家企业建造的运维双体船的配套设施不尽相同，包括补偿式登乘系统、折臂吊机、减震座椅等。造价也存在较大差别，从三四百万元至八九百万元不等。如何在满足运维需求与降低船造价之间取得平衡，是降低海上风电运维成本的关键。

1. 折臂吊

根据国内现状，部分运维船前甲板装有折臂吊，如“风电运维5”“龙源运维1”“运维001”。折臂吊的作用是方便起吊维修工具或维修部件至风电机组平台，起重量一般为1T，吊高在10m左右。还有一些运维船并未安装吊机，而是利用海上平台吊机起吊维修工具与备件。对于运维船是否需要配备吊机，目前没有统一定论，其优缺点分析如表2所示。

2. 主动补偿式登乘栈桥

海上的天气情况复杂，且瞬息万变。由于风浪和潮汐的作用，导致运维船与风电机组平台爬梯之间有一定的水平或垂直距离，一般要求运维船的船首与风电机组塔基的相对距离小于成年人步长（60cm）的1/2。因此，海上风电市场上出现了一种运动补偿的装置，借助传感器检测船体和行走步桥运动，然后通过测量数据补偿船体的运动，使人行走的栈桥保持相对平稳的状态，以利于人员的安全行走，直至攀登上基础爬梯。

国外的主动补偿式登乘栈桥已经趋于成熟，但从国外引进设备的费用较高。国内目前也开展了主动补偿式登乘栈桥的自主研发，可通过监测船舶运动、实时调整自身液压油缸，完成对船舶横摇、纵摇及升沉三个自由度的弥补。登乘栈桥已投用在“运维001”号上，填补了海上配套装备的空白。相比进口设备，国产设备的造价较低，但可靠性与稳定性还需进一步提升。

在国内，目前安装主动补偿式登乘栈桥的运维船相对较少，一是由于大部分已建运维船主要服务于江苏海域，该地区的海况平稳，风浪小，通过普通顶靠方式即可登陆风电机组平台；二是基于节约成本的考虑，一套国产的主动补偿式登乘栈桥的费用占总造价的1/4—1/2。同时，船舶的配套设备越多，故障率也越高。

3. 减震座椅

运维船在海上的航行速度较快，有些运维船采用普通座椅，可能会造成乘客的不适感，影响维修人员的工作状态。减震座椅则可以有效解决这个问题，其减震功能来自于座椅底座。但与普通座椅相比，减震座椅的造价较高。

二、性能分析

海上风电运维船主要用于风电机组的日常运维，及时将维修人员安全送上机组平台，需要兼顾适用性和经济性。我国从北到南各个海域的水文情况不同。江苏潮间带地区有限浪高1.5m以下的概率为98%，设计的运维船抗浪能力为1.5m。运维船多采用双体式的结构，结构稳定，一般可承受0.5—1.5m的有义波高，船长在20米左右，载人数量一般为12人。

目前，国内海上风电场的离岸距离基本在30海里以内，航程较近，航时较短。随着海上风电开发往深海发展，以后还需要搭配工作母船完成运维任务。

从船体材料来看，主要有玻璃钢（FRP）、铝合金、钢质或刚柔充气艇（RIB）。基于船体性能和建造成本的综合考虑，国内海上风电运维船的船体主要采用钢制或者铝合金材料，上层建筑采用玻璃钢。材料的密度从小到大依次为：玻璃钢（1.8g/cm3）、铝合金（2.7g/cm3）、钢质（7.8g/cm3）；而强度则正好与之相反。

图4 海上平台吊机

采用钢质材料，可以降低整条船艇的重心，从而保持航行稳定性。此外，钢材的硬度高，比重大，加工性能好，能承载更大的海上风浪冲击载荷，“风电运维5”号即为全钢质的运维船。其缺点是单位海里的油耗高。

铝合金的重量轻，同尺度船舶可以配备更低功率的主机满足航速的要求。但铝合金是脆硬性材料，韧性差，弹性模量只有钢材的1/3，硬度低，造价高。

运维人员在船上的耐受时间为1小时，最长不超过80分钟。目前，国内海上风电运维船的航速基本在20节以下，在现在离岸较近的情况下，可以在1小时左右到达机位点。国外要求运维船能够在半个小时左右到达机位点，从而减轻维修人员在船行驶过程中的不适感，在窗口期较短时能够快速往返，并保证充足的作业时间。因此，国内运维船在航速设计方面还有待进一步提高。

图3 折臂起重吊机

图5 “运维001”号上的补偿登乘装置

图6 减震座椅

表3 运维船评价

吃水深度也是设计运维船时需要考虑的重要因素，它决定船的载重及改造能力。钢质船一般比铝制船的吃水深度大。对于一些位于潮间带的海上风电场，潮差大，退潮时水深较浅，甚至会露滩，宜采用吃水深度较浅的船舶，否则容易搁浅。海上的天气复杂，运维船应该能在天气情况较不利的情况下安全行驶，国内已建海上风电运维船的抗风能力在6—7级之间，符合海事局“逢七不开”的规定。

三、经济性分析

依据国外的数据，一个吊装80台机组的海上风电场投运后，每年需要1000次的人为干预，约6000人次的登机处理。每台海上机组每年有40次停机故障，大约每30台风电机组需要一艘专业运维船维护。运维船一年可以出行200天以上，投资回收期按5年计算，一艘造价约为400万元的运维船，在考虑每年经营成本的情况下，月租金的市场价在20万元左右，且不包括运维人员的工资及船舶油耗的费用。即以海上风电机组的单机容量为5MW估算，一个15万千瓦的风电场应配备1艘运维船，每年的租船费用将在200万元左右。

我国海上风电运维市场刚刚兴起，行业还在摸着石头过河，应根据实际运维的需求，加大船舶设计研发力度，合理配置船舶配套设施，控制运维成本，促进市场的规范、成熟。

四、运维船评价

从国内现状来看，各个运维船的设计理念不同，在快速性、舒适性、安全性、经济性上各有取舍，业主可以基于风电场情况来进行选择。根据各个运维船的性能、配套装备及造价，对其快速性、舒适性、安全性、经济性进行评价的结果如表3所示。

结语

欧洲已有多艘海上风电运维船舶，以双体或三体船型为主，能够在航行中提供很好的舒适性，可以低速精准地靠泊到风电机组的基础处。我国海上风电专业运维船的数量偏少，江苏尽管拥有国内目前最多的运维船，却远不能满足海上风电场运维的需要，这一市场空间巨大。

国内海上风电运维船的建造刚刚起步，经验主要来自对国外运维船的借鉴，对性能和功能要求的考虑尚有欠缺，各方设计建造标准不统一，质量良莠不齐，不利于未来大规模运维工作的开展。因此，建议业主、整机商、运维公司三方应尽快联合开展海上风电运维船相关标准的制定工作，推进行业发展。