隨著傳統(tǒng)海上風電場的發(fā)展空間日漸局促，海上風電產(chǎn)業(yè)正在進入新的領(lǐng)域，離岸更遠、環(huán)境更為嚴苛，海底條件也更加惡劣。為此，海上風電產(chǎn)業(yè)集眾家之長，啟動了一項聯(lián)合行業(yè)開發(fā)項目（JIP），以謀求在保證安全性的同時擴展新的作業(yè)理念和更加優(yōu)化的運營局限。

對可再生能源日益增長的需求正不斷推動海上風電行業(yè)的擴張，為第一輪裝機浪潮留出的空間已所剩無幾。近海風電場自然是首選，因為淺水區(qū)域的安裝和維修更容易，對岸輸電的距離也更短?！澳壳靶袠I(yè)需要擴張到更遠的地方”，GustoMSC B.V.的Andries Hofman表示，他是此項名為“底部沖擊和部分淹沒條件”聯(lián)合行業(yè)開發(fā)項目的專業(yè)委員會主席。

適應(yīng)新的海上風電市場

“海上風電在整個海上能源行業(yè)中仍然只占相對較小的比重，但我們看到世界各地的風電業(yè)務(wù)正在快速發(fā)展”，DNV海事浮式海上結(jié)構(gòu)高級工程師Johannes Ottersen認為，“市場增量主要在美國和亞洲，以及更遠海域的歐洲。海上風電在全球能源結(jié)構(gòu)中僅為一小部分，但總體貢獻有所增長?！表椖亢献鞣綗熍_中集來福士海洋工程有限公司也證實了全球增長趨勢，“在中國，大型風力渦輪安裝船（WTIV）擁有巨大的市場，部分訂單已在談判中。這些WTIV船將在水深50-60米、環(huán)境更為嚴苛的新風電場中作業(yè)”，煙臺中集來福士的研發(fā)總監(jiān)傅強說。“在中國，安裝風力渦輪機時采用了半起升式作業(yè)法，未來還會有更多類似操作。我們對于底部沖擊開展了一定的分析，但缺少實際數(shù)據(jù)的比對。我們還需要更合理的評估方法。為此，中集來福士很高興能參與此項聯(lián)合行業(yè)開發(fā)項目的研究，以提升WTIV船設(shè)計的能力?！?/p>

管理新的作業(yè)場景

安裝海上風力發(fā)電機時運用了自升式平臺。平臺支腿下落至海床時會產(chǎn)生底部沖擊。“安裝平臺航行至風場過程中，自升式支腿處于升起位置。然而當平臺在作業(yè)區(qū)內(nèi)轉(zhuǎn)移位置時，支腿會降至支承位置，船體平臺將經(jīng)歷升沉和橫搖等移動”，Hofman解釋，“這種移動會影響支腿的高度，并且不時地與海底發(fā)生接觸。軟土海底的沖擊力較小，堅硬海床則會產(chǎn)生阻力，從而造成較大的沖擊力?？紤]到未來的風電場位置，我們預(yù)計海底土壤條件的變化將比當前能看到的要大得多?！?/p>

項目合作方Jan De Nul集團的安裝分析團隊負責人Geert Weymeis對此表示贊同：“在樁腿經(jīng)歷底部沖擊以及從安裝平臺漂浮到起升的變化階段通常是作業(yè)的關(guān)鍵部分，但目前我們還不清楚具體的操作局限。通過這個聯(lián)合行業(yè)開發(fā)項目，我們目的是更好地了解這些現(xiàn)象，從而帶來更優(yōu)化、更安全的作業(yè)?！?/p>

海上更嚴苛的天氣條件加劇了這個問題，Hofman解釋，“更強的風力和更高的海浪會加劇底部沖擊事件的發(fā)生，而更大的沖擊可能損壞安裝平臺甚至貨物。抵達安裝現(xiàn)場的平臺甲板上裝有高達100米的渦輪塔，因此我們要盡最大限度地控制底部沖擊。”

目的是為了滿足未來幾年的市場需求，他補充說。“我們會看到自升式平臺的形式會被繼續(xù)用于海上風電安裝，而且我們需要安全作業(yè)。但為了擴大作業(yè)率，我們必須突破天氣窗口和底部條件的界限?！?/p>

確定自升式平臺的限制

“這涉及了鉆井平臺的生存特性”，Hofman說，“在每個項目開始之前，運營者都必須保證他們能在特定地點安全作業(yè)。每個地點都不一樣，那么如何證實這一點？海床土壤調(diào)查和環(huán)境數(shù)據(jù)是其中一部分，并且必須與裝置的設(shè)計能力相匹配?！?/p>

這是聯(lián)合行業(yè)開發(fā)項目的關(guān)鍵任務(wù)之一，他解釋?！拔覀兿Ｍㄟ^統(tǒng)一的途徑來滿足可預(yù)測性的需求。大多數(shù)利益相關(guān)方不希望只依賴一家公司來獲得信息。這也激勵了船級社不局限于設(shè)計，而是參與海上作業(yè)階段?！蔽覀冃枰玫亓私庾陨街群秃４餐寥乐g的相互作用，包括水深的影響。“平臺在淺水的表現(xiàn)不盡相同，我們需要確定影響的幅度。該聯(lián)合行業(yè)開發(fā)項目將檢視常規(guī)的方法，提煉出基本原則，讓運營者能充滿信心地分析每個個體情況?！?/p>

為分析支腿底部沖擊和半升式工況設(shè)定標準

“自升式平臺在下探階段必須與天氣限制結(jié)合起來，可能會導(dǎo)致漫長的‘等待天氣好轉(zhuǎn)’時間。這是風力渦輪行業(yè)的一大成本因素，因為幾乎每天安裝的地點都是新的”，Ottersen說。

為了充分了解支腿的底部沖擊，需要有更進一步的分析，他認為。“船級批準的是天氣限制，但沒有通用的分析方法，也缺少船級社的導(dǎo)則。傳統(tǒng)上認為作業(yè)程序由船長決定，取決于他們的航海技能與知識。現(xiàn)在，我們嘗試制訂一項標準，將船舶航向和海況納入其中，并考慮不同的船舶運動和土壤條件?！?/p>

該聯(lián)合行業(yè)開發(fā)項目將探索和提出程序，并提供如何開展分析的背景，在Ottersen看來，目的在于提供更為明晰的驗收衡準和要求?！拔覀冊O(shè)定的作業(yè)限制往往基于簡單評估。新的趨勢是，通過更多先進的計算方法和更強大的計算能力來延長作業(yè)時間，人們對此表現(xiàn)出更大的興趣。”

Deme集團旗下的Deme Offshore技術(shù)部的Franck Legerstee對此觀點表示支持：“我們未來的一系列項目都涉及較長的波浪周期，這會加劇船體的運動，并造成更大的支腿沖擊。對于如何在這些工況下確保安全高效作用，一直缺乏指導(dǎo)性的行業(yè)標準，因此我們認為該研究項目是一個巨大的機會，為制訂統(tǒng)一且被全球接受的方法奠定基礎(chǔ)，從而支持安全作業(yè)。”

聯(lián)合行業(yè)開發(fā)項目把作業(yè)安全放在首位

“DNV很榮幸能運作這個項目，我們看到參與者都很樂于在這個平臺上分享知識，并推動行業(yè)發(fā)展”，DNV海事咨詢服務(wù)項目經(jīng)理Antonio Goncalves表示，“很高興能看到這么多參與方加入到聯(lián)合工業(yè)開發(fā)項目中。這不僅為項目、也為合作方創(chuàng)造了很高的價值。我們匯聚了價值鏈上的諸多買家和供應(yīng)商，通過共享經(jīng)驗和支持來創(chuàng)建新的程序和驗收標準?！?/p>

在安全的前提下突破界限也極為重要，Andries Hofman指出?！霸撀?lián)合工業(yè)開發(fā)項目的最終目標是讓作業(yè)變得更安全，能看到整個行業(yè)為此目標團結(jié)一心，我們感到非常振奮。項目合作方同時也是競爭對手或者是目標不一的利益相關(guān)方，但在這個項目中，我們齊心協(xié)力確保更安全的作業(yè)?！?/p>

代表OceanWinds的施工經(jīng)理和安裝工作組協(xié)調(diào)員Pedro Pereira和他的同事Pablo Alberte補充說：“海上風電行業(yè)必須再接再厲，進入那些土壤和氣候條件更為嚴苛的區(qū)域，為了保障安全和績效，我們需要創(chuàng)新和通用的行業(yè)方法。該聯(lián)合工業(yè)開發(fā)項目及其參與方完全有能力應(yīng)對挑戰(zhàn)?！?/p>

安全部署WTIV的標準方法

該聯(lián)合行業(yè)開發(fā)項目的首批調(diào)查結(jié)果將于2021年初公布，Hofman說，這些結(jié)果將決定項目其余部分的時間表?！拔蚁嘈胚@代表著行業(yè)的重大發(fā)展。自二十一世紀初以來，隨著作業(yè)數(shù)量的增加以及對作業(yè)標準需求的攀升，這一要求不斷發(fā)展。到目前為止我們能確保安全，但人們對于風險的意識越來越強，為了提升發(fā)電容量，必須突破邊界?！?/p>

他的觀點得到了DNV油氣Noble Denton海事服務(wù)首席專家Kevin Drake的支持：“該聯(lián)合工業(yè)開發(fā)項目標志著向制訂標準化方法邁出了重要一步，從而對安全高效部署WTIV的全行業(yè)風險進行一致評估?！?/p>

“到目前為止，各方的參與和貢獻都相當積極”，Antonio Goncalves總結(jié)，“有了如此強大的團隊和良好的協(xié)作，聯(lián)合工業(yè)開發(fā)項目將為各方創(chuàng)造很高的價值，幫助我們?yōu)閷崿F(xiàn)可持續(xù)的能源未來做出貢獻，對此我非常有信心。”