隨著傳統海上風電場的發(fā)展空間日漸局促，海上風電產業(yè)正在進入新的領域，離岸更遠、環(huán)境更為嚴苛，海底條件也更加惡劣。為此，海上風電產業(yè)集眾家之長，啟動了一項聯合行業(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。“目前行業(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”聯合行業(yè)開發(fā)項目的專業(yè)委員會主席。

適應新的海上風電市場

“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)務正在快速發(fā)展”，DNV海事浮式海上結構高級工程師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構中僅為一小部分，但總體貢獻有所增長。”項目合作方煙臺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，但缺少實際數據的比對。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合行業(yè)開發(fā)項目的研究，以提升WTIV船設計的能力。”

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)內轉移位置時，支腿會降至支承位置，船體平臺將經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，我們預計海底土壤條件的變化將比當前能看到的要大得多。”

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)的關鍵部分，但目前我們還不清楚具體的操作局限。通過這個聯合行業(yè)開發(fā)項目，我們目的是更好地了解這些現象，從而帶來更優(yōu)化、更安全的作業(yè)。”

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。”

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？海床土壤調查和環(huán)境數據是其中一部分，并且必須與裝置的設計能力相匹配。”

這是聯合行業(yè)開發(fā)項目的關鍵任務之一，他解釋。“我們希望通過統一的途徑來滿足可預測性的需求。大多數利益相關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計，而是參與海上作業(yè)階段。”我們需要更好地了解自升式支腿和海床土壤之間的相互作用，包括水深的影響。“平臺在淺水的表現不盡相同，我們需要確定影響的幅度。該聯合行業(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。”

在較平靜的近海水域內安裝風力渦輪機的條件與遠海作業(yè)條件大相徑庭。

為分析支腿底部沖擊和半升式工況設定標準

“自升式平臺在下探階段必須與天氣限制結合起來，可能會導致漫長的‘等待天氣好轉’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，也缺少船級社的導則。傳統上認為作業(yè)程序由船長決定，取決于他們的航海技能與知識�，F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。”

該聯合行業(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。“我們設定的作業(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，人們對此表現出更大的興趣。”

Deme集團旗下的Deme Offshore技術部的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，為制訂統一且被全球接受的方法奠定基礎，從而支持安全作業(yè)。”

聯合行業(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海事咨詢服務項目經理Antonio Goncalves表示，“很高興能看到這么多參與方加入到聯合工業(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商，通過共享經驗和支持來創(chuàng)建新的程序和驗收標準。”

在安全的前提下突破界限也極為重要，Andries Hofman指出。“該聯合工業(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方，但在這個項目中，我們齊心協力確保更安全的作業(yè)。”

代表OceanWinds的施工經理和安裝工作組協調員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。該聯合工業(yè)開發(fā)項目及其參與方完全有能力應對挑戰(zhàn)。”

在更為嚴苛的新環(huán)境下，海上風電場需要新的作業(yè)理念、運用先進計算方法來優(yōu)化作業(yè)極限，同時安全性不打折。

安全部署WTIV的標準方法

該聯合行業(yè)開發(fā)項目的首批調查結果將于2021年初公布，Hofman說，這些結果將決定項目其余部分的時間表。“我相信這代表著行業(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。”

他的觀點得到了DNV油氣Noble Denton海事服務首席專家Kevin Drake的支持：“該聯合工業(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。”

“到目前為止，各方的參與和貢獻都相當積極”，Antonio Goncalves總結，“有了如此強大的團隊和良好的協作，聯合工業(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可持續(xù)的能源未來做出貢獻，對此我非常有信心。”