DNV與業(yè)界伙伴一起在更嚴(yán)酷的環(huán)境中實現(xiàn)海上風(fēng)電安裝安全作業(yè)開發(fā)了新的理論框架。這項工作是關(guān)于底部沖擊和部分淹沒條件的聯(lián)合工業(yè)開發(fā)項目（JIP）第一階段的成果。第二階段將邀請更多新的合作伙伴加入，并將專注于模型驗證并建立通用且實用的推薦指南

由于風(fēng)電安裝平臺（WTIV）的支腿與海底存在嚴(yán)重沖擊風(fēng)險，導(dǎo)致船體或貨物的結(jié)構(gòu)損壞，因此當(dāng)前海上風(fēng)機(jī)的安裝只能在極佳的天氣條件下開展。

如果天氣變糟，安裝船必須等到天氣好轉(zhuǎn)后才能復(fù)工。“然而，高昂的日租金導(dǎo)致延誤成本非常高，而且隨著行業(yè)逐步走向天氣更惡劣、海床（土壤）條件更嚴(yán)苛的新領(lǐng)域，擴(kuò)大作業(yè)窗口以便更有效地開展作業(yè)的壓力也隨之加大”，JIP專業(yè)委員會主席、來自GustoMSC的Andries Hofman表示。

此外，有地震風(fēng)險的地區(qū)也需要新的操作理念，例如在半起升工況下通過WTIV操作起重機(jī)。

JIP開啟了WTIV安全與高效作業(yè)的通用路徑

由于缺少船級社指南和合適的模型來充分了解和評估安裝平臺在半起升工況下的底部沖擊力及操作情況，這項JIP于2020年11月誕生。“目的是研究WTIV的操作極限以及潛在的新操作理念。

在推動能源安全的過程中，降低安裝成本對于減少海上風(fēng)能平準(zhǔn)化成本來說至關(guān)重要。但在這個‘時間就是金錢’的過程驅(qū)動型行業(yè)里，突破建立在正確知識基礎(chǔ)上的邊界極為關(guān)鍵。如果僅靠有限的數(shù)據(jù)就想這么做是相當(dāng)冒險的”，Hofman說。

第一階段開展的工作

在JIP所有參與方的共同輸入下，DNV開發(fā)了一個精準(zhǔn)預(yù)測底部沖擊力的數(shù)值模型。操作者能評估各種情形下的極限海況，安全下放自升式支腿，并且沒有船舶、貨物或環(huán)境受破壞的風(fēng)險，也不會危及船員。它適用于現(xiàn)有和新建的WTIV，從設(shè)計階段開始就能保障船舶在合理的工況范圍內(nèi)運(yùn)作。

“這款強(qiáng)大的數(shù)值模型綜合了船舶航向、天氣和土壤條件以及WTIV的強(qiáng)度，可以拓展WTIV安全安裝作業(yè)的天氣窗口”，DNV技術(shù)顧問、業(yè)務(wù)主管兼JIP項目經(jīng)理Antonio Goncalves介紹，“硬土比軟土的沖擊力更大，強(qiáng)風(fēng)巨浪則會加劇沖擊事件。船舶在深水中的運(yùn)動特征也不同于淺水。巖土、水動力和環(huán)境條件必須與特定WTIV的結(jié)構(gòu)能力相匹配。”

半起升工況下的操作是否可行？

該JIP還考慮了WTIV在半起升條件下的載荷與運(yùn)動情況，即支撐在海底的支腿以及部分淹沒工況下的船體。這尤其適用于容易發(fā)生地震的區(qū)域，此時作業(yè)者更希望WTIV船體盡可能接近水面。

“目前在吊裝風(fēng)機(jī)和安裝葉片時，還存在涉及（土壤）液化和慣性/位移的一系列挑戰(zhàn)。我們需要考慮塔體、風(fēng)機(jī)以及船舶的運(yùn)動。如果無法在運(yùn)動和基礎(chǔ)投入之間找到平衡，半起升作業(yè)可能面臨安全性挑戰(zhàn)。這個問題有待進(jìn)一步的工程計算，我們希望未來DNV能給予適當(dāng)指導(dǎo)”，RWE Renewables公司的海洋專家Benjamin Haak說。

全尺寸儀器測量可驗證模型的輸出結(jié)果

然而，預(yù)測性模擬僅是獲得最終解決方案的維度之一。另一維度是運(yùn)用全尺寸儀器（傳感器）測量來驗證實際工況的模型輸出結(jié)果。“預(yù)測的受力情況還沒有與實際操作中測得的受力掛鉤。這是大幅提升WTIV操作性的關(guān)鍵領(lǐng)域”，Goncalves指出。

第三個維度是編制影響結(jié)構(gòu)失效可能性的安全系數(shù)。JIP的結(jié)論是，在某些工況下結(jié)構(gòu)失效的概率相對更高。“我們已經(jīng)了解到關(guān)于模擬和不同參數(shù)效應(yīng)的相互關(guān)系，但仍然需要更深入理解保障安全操作所需的適當(dāng)安全系數(shù)。通過洞悉理論模型的驗證以及適當(dāng)?shù)陌踩�因素，我們就可以從更高的操作效率、新的操作理念和設(shè)計等方面獲得巨大效益”，Goncalves說。

第二階段工作將提供更多價值

目前，DNV正提議開展JIP第二階段工作。暫定范圍包括了底部沖擊和部分淹沒模型的校準(zhǔn)、安全系數(shù)的校準(zhǔn)、改善土壤模型、進(jìn)一步評估部分淹沒工況下的吊臂/吊鉤運(yùn)動、在位中使用的運(yùn)動標(biāo)準(zhǔn)以及制訂相關(guān)導(dǎo)則。

“借助強(qiáng)大的團(tuán)隊合作，我對于下一階段為各方提供更多價值充滿信心”，Goncalves說。“我們的目標(biāo)是用真實數(shù)據(jù)對模型加以基準(zhǔn)化，總結(jié)出完整的安全系數(shù)，成為用于公平競爭環(huán)境中最佳推薦指南”，Hofman說。

全尺寸測量可在提升操作效率方面帶來巨大好處。

保障數(shù)據(jù)共享和保密

為確保數(shù)值模型的可靠性，數(shù)據(jù)來自在良好天氣和惡劣天氣下工作的多個安裝平臺，包括現(xiàn)場土壤條件的開發(fā)商/承包商數(shù)據(jù)、甚至來自風(fēng)機(jī)的整機(jī)廠商的數(shù)據(jù)。來自Fred. Olsen Windcarrier公司的Jan Sand Schanke-Jørgensen表示，全行業(yè)對于全面掌握相關(guān)情況有很大興趣，包括進(jìn)入市場的玩家。“例如，如果一些平臺被證明尺寸過大，那么可以通過減少鋼材用量來降低成本，同時讓甲板上容納更多設(shè)備。減排也是確保整個安裝生態(tài)系統(tǒng)盡可能高效的關(guān)鍵因素之一。”

盡管在改善WTIV操作性和避免損壞方面有明確的數(shù)據(jù)提供商業(yè)案例，但人們對于私有數(shù)據(jù)共享后可能產(chǎn)生的后果仍有顧慮。Goncalves強(qiáng)調(diào)DNV會把所有數(shù)據(jù)視作保密數(shù)據(jù)，只分享由此開發(fā)出的推薦指南。

參與方對“創(chuàng)意舞臺”表現(xiàn)出熱情

各參與方對JIP進(jìn)程表示了一致贊賞。積極的反饋意見有：“能坐下來討論重要的話題，而不受內(nèi)部商業(yè)驅(qū)動，這樣很棒。把關(guān)注點(diǎn)放在對人員、資產(chǎn)和環(huán)境的關(guān)鍵安全問題是這個項目成功的原因所在”，Sand Schanke-Jørgensen指出。

Van Oord Offshore Wind公司的首席工程師Kevin van de Leur說：“我們之前嘗試過這種現(xiàn)場評估分析，但很難單獨(dú)完成。通過合作，我們可以開發(fā)出讓每個人都有信心的通用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。”

主要利益相關(guān)方正聯(lián)手制訂通用的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，以提高海上風(fēng)機(jī)的安裝效率。

豪氏威馬設(shè)備（Huisman Equipment）公司的研發(fā)經(jīng)理Eric Romeijn補(bǔ)充說：“我們認(rèn)為模擬底部沖擊對于進(jìn)一步優(yōu)化豪氏威馬新一代的海上WTIV起升系統(tǒng)至關(guān)重要。我們期待第二階段的JIP能有更多成果，為安全可靠的自升式平臺作業(yè)做出貢獻(xiàn)。” 中集來福士研發(fā)中心總監(jiān)及營銷中心總監(jiān)傅強(qiáng)也表達(dá)了類似看法。“我們對參與這個JIP感到自豪，并期待繼續(xù)這項工作”，他說。

Ørsted公司總包運(yùn)營部WTG安裝資深首席專家Eduard Lopkov補(bǔ)充說，作為價值鏈上重要的利益相關(guān)方，Ørsted公司一直對于參加JIP非常挑剔。“但這個項目可以顯著改善作業(yè)狀況，探索了之前尚未充分開發(fā)的領(lǐng)域。我們可以結(jié)合自身知識，創(chuàng)建嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)和可靠的預(yù)測模型，讓自升式平臺變得更安全，同時減少因天氣怠工的因素。”

“在公平競爭環(huán)境方面，統(tǒng)一的推薦指南讓采購流程變得更簡單。這適用于無論冬季還是夏季作業(yè)以及各種海底條件，我們已經(jīng)看到項目作業(yè)環(huán)境包括從砂石底到更困難的重粘土和巖石土壤，乃至更深的海域。在數(shù)據(jù)共享方面，DNV在管理私人數(shù)據(jù)方面一直表現(xiàn)卓越。我們期待下一階段制訂的具體指南，能讓所有人獲益。”

知識共享是最好的形式

在未來很長一段時間里，JIP的工作對風(fēng)電安裝行業(yè)都有很大的相關(guān)性，因為需要自升式平臺安裝的固定式風(fēng)電場仍具有最高的性價比，并讓能源結(jié)構(gòu)變得多元化。“市場的發(fā)展速度要快于規(guī)范的發(fā)展，想要取得重大進(jìn)展，唯一的方法是知識共享”，Goncalves說，“我們的目標(biāo)是開發(fā)出可靠的、容易獲取的推薦方案。通過更好地了解特定地點(diǎn)的受力情況，我們可以在更惡劣的海況中提升績效和安全性，實現(xiàn)更高效、更及時的渦輪機(jī)安裝，這對于整個行業(yè)來說是一個重大機(jī)遇。”

敞開大門，歡迎新合作方加入

Goncalves強(qiáng)調(diào)，JIP正向更多的合作伙伴敞開大門，可以是能源公司、安裝作業(yè)方、設(shè)計公司和船廠、起重機(jī)制造商或風(fēng)機(jī)廠商。相信各方都會從中受益，包括減少項目延遲、事故和已安裝設(shè)備損壞的風(fēng)險，降低交易成本，確保導(dǎo)則中考慮了特定的問題和目標(biāo)，并有機(jī)會與各領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者建立合作網(wǎng)絡(luò)。