中交第三航務工程局有限公司副總經理王曉冉

2023年5月8日，海上風電船舶前沿技術研討會在廣東省汕頭市舉行。大會由中國可再生能源學會風能專業(yè)委員會（CWEA）主辦，汕頭市風能協(xié)會承辦，中鐵大橋局集團有限公司、大金重工股份有限公司協(xié)辦，并得到中交第三航務工程局有限公司與3M的大力支持。汕頭擁有優(yōu)異的風能稟賦、豐富的場址資源、良好的區(qū)位優(yōu)勢，正通過加強產業(yè)協(xié)同，打造汕頭國際風電創(chuàng)新港。其中，不僅包括全球首個在一個產業(yè)園區(qū)內聚集從風電整機與關鍵零部件，到檢驗檢測實驗室和大型科研裝置等完整產業(yè)鏈的“四個一體化”的風電產業(yè)集群，也在建設面向全球的海上風電裝備及服務出口、運維、施工建設基地的風電母港和海工裝備制造產業(yè)園，打造國字號工程施工企業(yè)和船隊。此次會議在汕頭舉行，引起了全球風電行業(yè)的廣泛關注。來自中國、挪威、荷蘭等國家政府部門代表，以及國內外海上風電開發(fā)企業(yè)、海上風電工程技術科研機構、海上風電施工與運維龍頭企業(yè)、船舶設計與建造企業(yè)的嘉賓參加了此次會議。

中交第三航務工程局有限公司副總經理王曉冉在題為“我國海上風電施工船舶發(fā)展與海上施工安全”的演講中，系統(tǒng)梳理了我國海上風電施工工藝、施工船舶的發(fā)展，并分享了對保障海上風電施工安全的思考與安全管理方面的“三航經驗”。他表示，今后一段時期，中國海上風電將呈現(xiàn)出運裝分離與運裝一體并行發(fā)展的局面，并最終可能走向運裝一體。

以下為王曉冉演講的主要內容：

中國第一個規(guī)�；�、商業(yè)化的海上風電項目——上海東海大橋海上風電示范項目，不僅是中國海上風電的正式起步，也奠定了中國海上風電施工的基本模式，走出一條與歐洲不一樣的道路。

當時，行業(yè)內說的最多的一個詞是“四無”：無標準、無技術、無經驗、無設備。中國沒有風電安裝船，沒有可以用來打單樁的高能量液壓錘。然而，我們通過兩項創(chuàng)新技術完成了34臺風電機組的安裝，分別是多樁承臺基礎和風電機組整體安裝。多樁承臺基礎是中國人借鑒港口工程經驗提出的基礎結構，它可以利用我國港口工程行業(yè)已有的打樁船和混凝土船進行施工。打樁船的特點是，可以從各個方向打斜樁，從而形成群樁基礎�；炷�土船則用來在船上進行混凝土拌合，并向承臺的模板進行泵送。

目前，國內已建的打樁船均為無動力的駁船型船舶，隨著風電機組大型化迭代加速，以及海上風電向著深遠海發(fā)展，多樁承臺基礎漸漸不再適用，打樁船的應用場景越來越少，未來可能會退出海上風電建設舞臺。

風電機組整體安裝技術并非中國首創(chuàng)，早在歐洲Beatrice風電場建設過程中就運用了該技術，但中國采用了不一樣的工藝路線，即運裝分離，在陸上基地完成風電機組的拼裝后，用經改造的運輸船將其運到機位點，再由雙拔桿式起重船從運輸船上吊起風電機組，然后通過一套柔性緩沖和定位工裝將風電機組整體移至多樁承臺上進行對接。

在上海東海大橋示范項目上，中國工程師走出了一條主動追求運裝分離的工藝路線，主要特點是海上風電組及其基礎的部件安裝和運輸使用不同的船舶，通過多船協(xié)作的模式進行風電機組基礎施工和機組吊裝。在我國海上風電起步階段，考慮到普遍缺乏施工專用的船機設備、近海環(huán)境條件好、人工成本低等，采用這類工藝可以充分利用港口工程行業(yè)已有的船舶資源，能夠有效解決無專業(yè)風電安裝船的問題，從而形成一套具有中國特色的運裝分離施工工藝。

此后，基于運裝分離工藝的風電機組整體安裝技術被沿用到9座風電場，完成了257臺風電機組的整體安裝，最快只用47個小時即完成4臺風電機組的整體安裝，無論是整體安裝數(shù)量，還是單機安裝速度，均達到世界第一。

整體安裝通常采用雙拔桿式起重船，國內主要有“三航風范”號、“東海工7”等船舶具備整體安裝的施工能力。然而，受制于大兆瓦風電機組整體安裝存在結構干涉問題、陸上拼裝場地資源、成本下降空間、開場外海作業(yè)窗口有限等，傳統(tǒng)整體安裝工藝的未來前景并不樂觀。

雖然多樁承臺基礎和整體安裝技術未能成為我國海上風電施工的主流模式，但對于推動我國海上風電的早期發(fā)展依然是極其重要的。

這樣的例子同樣發(fā)生在國外。全球第一座海上風電場——丹麥的Vindeby海上風電場采用的基礎型式是重力式，運用了整體安裝技術，也沒有成為主流的海上風電施工模式，但證明了國內外的智慧是相通的，在無標準、無技術、無經驗、無設備的條件下，愿意開動腦子尋找可靠的技術方案。

在海上風電領域，具有劃時代意義的是單樁基礎，但需要等到7年后才在瑞典首座海上風電場、全球第4座海上風電場——Bockstigen海上風電場得到應用，所用的風電機組單機容量只有0.55兆瓦，單樁直徑僅為2.1米，總重量不超過43噸。

當時，歐洲采用英國的自升式風電平臺船完成了單樁基礎的安裝。此后，單樁基礎技術迅速發(fā)展，并成為首選的基礎型式。由于歐洲單樁基礎安裝的第一次嘗試采用的是自升式風電平臺船，這種方式也印刻在了歐洲海上風電施工領域的基因里，成為歐洲重要的施工模式。

在我國，單樁基礎施工模式比較有代表性的是中廣核江蘇如東150MW海上風電示范項目，盡管它并不是我國的第一個單樁基礎，但確立了單樁基礎施工的中國模式，采用起重船，在穩(wěn)樁平臺的輔助下，確保單樁的垂直度，“起重船+穩(wěn)樁平臺”的運裝分離式工藝路線成為我國單樁基礎施工的主流模式。

這具有一定的必然性。與自升式風電安裝船相比，采用起重船的施工效率更高。一方面，起重船無需頻繁地進行插拔腿作業(yè)；另一方面，采用穩(wěn)樁平臺進行大直徑單樁施工，可使起重船運動與沉樁質量充分解耦，從而實現(xiàn)無過渡段設計，目前國內很難接受有過渡段的大直徑單樁設計。此外，還可以在海上風電發(fā)展初期有效利用一批造價并不高昂的拔桿式起重船，形成多個船組，極大提高施工效率。

三航局第一條自升式風電安裝船“風華號”建造時，就加裝了用于單樁基礎施工的抱樁器，但后來為了追求更高的施工效率，拆除了這個抱樁器，將“風華號”專門用于風電機組的安裝。

海上風電機組基礎的另一個重要型式是導管架，其首次規(guī)模化施工始于珠海桂山海上風電場，結合了單樁基礎施工中的中國經驗，采用運裝分離的工藝，利用一個專門設計的水下定位平臺開展導管架基礎的施工，確保4根樁的平面定位精度，并利用起重船進行導管架安裝。值得一提的是，我國在高強度灌漿材料方面同樣由此獲得迅速突破，樁基導管架基礎對起重船的要求并不高，但隨著水深的增加，在一些海域開始使用吸力桶-導管架基礎，由于自重大大增加，采用導管架整體吊裝要求起重船具有更大的起重能力。

在水深接近50米的海上風電項目中，大規(guī)模地采用了吸力桶-導管架基礎結構，使用的是全回轉起重船，“振華30”號的起重能力達到12000噸。目前，我國可以用于海上風電建設的起重船數(shù)量很多，近100余艘，但整體性能水平一般。首先，起重能力較大的主機施工船數(shù)量很少，多作為輔助船使用。其次，大部分為駁船型起重船，沒有動力，吃水較淺，耐波性較差，在特殊天氣條件下，需要頻繁地撤場和避臺。此外，全回轉的少，固定吊的多，對于特殊工藝來說，使用起來不是很方便。

從風電機組的安裝來說，目前采用最多的是分體安裝法。早期，在我國分體安裝中使用的是坐底式平臺船。一方面，是由于前期階段項目施工海域水深較淺；另一方面，當時缺乏專用的自升式風電安裝船，在海上風電施工中使用坐底式平臺船是我國獨有的。這存在一定的必然性，特別是很多淺水海域非常適合使用坐底式平臺船施工，且采用“坐底船+履帶吊”方式可以降低施工成本。因此，直到“搶裝”期間，坐底式平臺船施工依然是一種常見的方式。

目前，進行分體安裝的絕對主力是自升式風電安裝船。作為一種起源于歐洲的風電機組安裝的主力船型，自升式風電安裝船在中國走出了一條獨特的道路，形成了中國特色。主要原因是，中國海域普遍存在深厚的淤泥底質，自升式風電安裝船作業(yè)時必須將樁靴插入較深的土層，以獲得支撐力。作業(yè)結束后，樁靴上方的土體會回流，需要克服巨大的土體阻力才能將樁靴拔出。為此，中國企業(yè)針對施工過程中的巖土力學開展了大量研究，并發(fā)展出各種拔樁減阻技術。

由于淤泥層的存在，中國最早的自升式風電安裝船所用的吊機均設在兩個樁腿之間，三航局通過對站樁作業(yè)過程中的巖土力學開展深入研究后，從中國的第三條自升式風電安裝船，即三航“風華號”開始，采用了“繞樁吊”的設計，這對海上風電施工工藝來說是一項極大的利好，可以獲得更多的甲板面積，增加船舶的工作范圍，吊機自重減輕。

目前，我國的自升式風電安裝船正處于快速發(fā)展階段。為應對大容量風電機組的吊裝，在建自升式風電安裝船的起重能力普遍超過1000噸，最高的達2000噸，并通常配有先進的動力定位（DP）系統(tǒng)。

當下，我國海上風電發(fā)展呈現(xiàn)出一些顯著的特征：深遠海化、機組大型化、上網電價平價化、建設高周轉化。由于深遠海海域的自然環(huán)境對施工極其不友好，因此，海上施工的安全性面臨著很大挑戰(zhàn)。我們必須對現(xiàn)有的海上施工工藝路線有清醒認識，思考如何保障海上施工安全。

一個重要問題是，支撐中國海上風電此前十幾年發(fā)展的運裝分離路線還能走多遠，要不要走歐洲的運裝一體路線。因為運裝分離工藝需要兩船協(xié)作，在深遠海的風浪環(huán)境下存在著安全挑戰(zhàn)。深遠海施工的安全風險更多在于船舶本身，主要風險來自于深遠海強涌浪的環(huán)境。對于平臺船來說，風險主要來自于巖土，青州等風電場的地質資料表明，深遠海依然面臨著深厚的淤泥黏土層覆蓋。

綜合考慮工程建設的經濟性、現(xiàn)有與正在建造的船舶資源，今后一段時期中國海上風電將呈現(xiàn)出運裝分離與運裝一體并行發(fā)展的局面，并最終可能走向運裝一體。在特定的工程項目中具體采用哪些船舶，取決于經濟性和安全性的綜合考量。

基礎方面，隨著水深的增加，未來主要是單樁和導管架兩種型式。目前來看，單樁基礎的數(shù)量正在減少，更多的項目采用了導管架基礎。

風電機組安裝方面，主要聚焦于利用自升式風電安裝船進行分體安裝，因此，未來船舶的發(fā)展將集中在起重船和自升式風電安裝船兩大類。

對于保障海上施工安全，一方面，需要更先進的船舶；另一方面，需要更完備的技術和管理。對于浮式船舶，需要對海上作業(yè)窗口有更精準的預判能力；對平臺式船舶，需要對船體與巖土介質力學過程的精確把握，以確保在深水厚泥的條件下，施工平臺能站得住，拔得出。

對于海上施工安全的管理，在開工前的風險預判中，我們長期以來堅持通過“一機一算”“一船一算”進行風險評估，對每一個機位的平臺船都進行插樁深度及拔樁力的計算，對每一個浮式施工船、打樁船、起重船都進行可作業(yè)性的評估。同時，加強施工監(jiān)測，特別是對于風險高的平臺船。此外，將安全保障做法及時形成作業(yè)標準，規(guī)范施工過程中的安全紀律和行為。

隨著海上風電工程建設不斷向深遠海拓展，施工企業(yè)必然需要準備面對毫無經驗可循的陌生海域。我們要探索引入大數(shù)據(jù)和人工智能的技術，借助大數(shù)據(jù)和機器學習技術快速獲得未知海域的施工經驗參數(shù)，利用云技術加強對施工現(xiàn)場的技術支持和安全管理，這是施工企業(yè)需要做的長期工作。