海上風電場無動力施工船移位時的安全保障措施

趙 峰

上海康益海洋工程有限公司 上海 200438

我國擁有發展海上風電的天然優勢，海岸線長達18 000 km，可利用海域面積逾3 000 000 km2，海上風電可發展區域主要集中在我國東部沿海地區。大力發展海上風電，不僅可以滿足東部用電需求，且陸、海風電相結合，更會加快我國綠色發電的步伐[1-4]。更重要的是，海上風電是我國“一帶一路”倡議及“十三五”新能源規劃的重點產業，是推動沿海經濟發達地區能源轉型的重要手段。

1 工程概況

江蘇龍源蔣家沙300 MW海上風電場項目（下稱“蔣家沙項目”）位于江蘇省省管區內的蔣家沙，風電場中心離岸距離17 km，海底高程－11～1 m，局部有溝槽。風電場形狀呈不規則多邊形，東西長約為22 km，南北寬約為7 km，規劃面積100 km2。

本工程總裝機規模為300 MW，布置75臺單機容量4.0 MW的風電機組（圖1）。

圖1 工程場區平面

本風電場配套建設1座220 kV升壓變電站，以2根220 kV海纜線路送出，再轉架空線后就近接入電網系統。風電場電能送出推薦方案采用220 kV海上升壓站—陸上集控中心形式。

風電場220 kV海上升壓站至陸上集控中心的220 kV海纜線路，采用2根3×500 mm2三芯220 kV海纜傳送300 MW海上風電場容量，220 kV海纜登陸點位于海安外側海堤。

2 影響海上風電場移船安全的主要因素

2.1 氣象

根據如東氣象站多年長期觀測資料統計，多年平均氣溫為15.4 ℃，多年平均氣壓為101.58 kPa，多年平均水汽壓為1.60 kPa，多年平均相對濕度79%，多年平均空氣密度為1.223 kg/m3。實測最大風速為20.0 m/s，相應風向為ESE，出現在1983年6月3日；實測極大風速為31.5 m/s，相應風向為W，出現在2000年5月12日。氣象站多年平均雷暴天數為30.8 d，多年平均暴雨天數為3.0 d，多年平均大風天數為8.7 d，多年平均冰雹天數為0.3 d。

大數據時代，監測數據既反映平均狀況，也反映極端情況，依靠著數據的支撐為海上移船安全提供保證。氣象的變化因為不斷地觀測記錄，是一種穩定且準確率較高的數據，可以在惡劣天氣來臨前就先安排船只退場，避免損失。但是大部分極端天氣卻又是局部性的，極難預測，這種小概率發生的事件，對于追求本質安全來說卻是必須要考慮的。

2.2 風況

根據收集到的參證氣象站資料，如東氣象站1959—2003年多年平均風速為3.50 m/s，其中1959—1969年多年平均風速為4.05 m/s，1970—1997年多年平均風速為3.27 m/s，1998—2003年多年平均風速為3.53 m/s，改為自動站測風后，2003—2010年平均風速為3.03 m/s。從歷年年平均風速看，風速變化范圍較大，這就造成工程船舶施工易受風況影響，特別是臺風或季后風影響。蔣家沙項目所采用的施工船是無動力船舶，移船過程中需要錨艇和拖輪的協同配合，移船工作比起動力船要更加的繁瑣。風速范圍較大導致施工移船的頻率相對較高，如果不及時采取有效措施加以控制和消除，就有可能發生人員傷亡和船機損毀事故。

2.3 潮汐

水尺觀測的基準點自國家高程基準點（等級不低于四等）進行高精度水準引測得到。對專用潮位站2014年1月—12月逐時潮位資料進行調和分析計算，并結合周邊其他驗潮站的已有資料進行綜合分析后得知，該站的平均海平面位于1985國家高程基準以上0.30 m，理論深度基準面位于平均海平面以下3.86 m（圖2）。

圖2 工程海域基面關系示意

目前國內規模化開發的海上風電場，均在平均水深不足5 m的潮間帶。潮間帶的特點：沿海灘涂地是似海非海、似路非路的特定區域，是介于高潮線與低潮線之間的地帶，也就是從海水漲至最高時所淹沒的地方開始至潮水退到最低時露出水面的范圍，也稱為潮間帶或海涂。江蘇沿海灘涂屬于淤泥質型海岸，主要是由細顆粒的淤泥組成，灘面地耐力承載力很小，常規施工機械、運輸設備根本無法直接進入，經過過往幾年國內率先進入風電領域的行業專家對潮間帶風電場施工工藝的摸索與改進，創造了漲潮時可以用船運輸設備及施工船只移船、進出場，落潮時坐灘施工的施工手段。這就需要密切關注潮位潮高的變化，在高平潮施工的時候，移船過程中可能會發生旋轉中的風機葉片擊打到施工船體的事故，在退潮時，因為施工船舶吃水較深，移船不及時可能會發生船舶擱淺的情況，不僅會影響后續施工，還可能造成設備修復、風機葉片修復的損失。

2.4 波浪

如東監測站數據顯示該站全年有效波高平均值為0.56 m，最大波高最大值為3.89 m，周期平均值為2.80 s，最大值為6.00 s。從有效波高平均值看，總體較小，在0.44～0.87 m之間。從最大波的最大值看，8月份出現全年最大值3.89 m，發生時間為2012年8月28日09：00。周期的平均值和最大值各月變化均不大，分別在2.60～3.30 s和4.50～6.00 s之間。該站全年以小浪為主，出現頻率共占50.29%；其次為輕浪，出現頻率為45.38%；大浪出現頻率很小，僅占0.01%。

蔣家沙所屬海域常年以小到輕浪為主。船舶施工技術的日趨完善和施工海域區段施工期間的封鎖，使施工移船的風險變小很多，但大風浪對于船舶的影響仍然是主要危害之一。蔣家沙項目所使用的建基3001施工船舶，總長63.3 m，寬22 m，型深4.5 m，滿載排水量2 813 t，空載吃水2.32 m。對于一般風況變化，可選擇原地拋錨抗風，但是因風況變化造成的波浪增大或者涌浪情況，極易造成錨鋼絲斷裂、走錨等現象，造成撞船或者撞擊風機導致人員和財產損失。

2.5 海流

蔣家沙項目建基3001移船主要采取拖輪拖帶或綁拖2種方式，到預定路由拋錨停泊。因地處潮間帶的原因，必須在每天2次漲潮退潮之間完成移船工作方能繼續開展后續的施工。漲落潮時，流速增大；正橫方向來流，由于船舶橫截面受水流沖擊最大，將導致船舶橫向漂移更為明顯；反之，首尾方向來流，船舶受水流沖擊力較小；因此，為防止船舶出現錨鋼絲斷裂或走錨現象，宜采取船舶首尾頂流，并在迎水流側加拋錨的措施。

2.6 泥沙

水體的含沙量變化受制于地形、潮流、徑流、波浪、水深、風速和底質等諸多因素，不同海域的含沙量有較明顯的變化。蔣家沙施工區段地處潮間帶，懸浮海中的泥沙常年堆積產生淤泥，移船過程稍有不慎，或水深估計不足就易發生船只擱淺，特別是大風過后，航道水深可能會有較大變化，淤泥較高的區段也會隨之發生變化。擱淺不僅耽誤工期，遭遇極端天氣也不能及時退場，更嚴重的是泥沙松軟導致擱淺的船只受力不均，發生船體斷裂的情況。

3 安全保障

3.1 成立水上施工作業調度指揮中心

以蔣家沙項目為例，蔣家沙項目部及其余施工方會同業主，成立水上施工作業調度指揮中心，根據施工進度要求，負責船舶統一調度和管理，所有船舶服從調度員及業主的統一指揮，調度指揮中心的職責包括：

1）調控船舶交通流，通過一定的信息公告和交通管制方式，提醒周圍船只在施工期間于施工區域外繞行，禁止直接從施工區域駛過。

2）根據工程施工進展和周圍環境的變化，規劃各類船舶進出施工區域的航線，各施工方統籌協調，制訂和調整施工水域的航行避讓、錨泊等規定，避免各施工方船舶隨意航行、停泊而威脅到工程或其他船舶安全。各施工方船隊應確定領航船，并在航行中增加人員瞭望。如東項目施工區段就曾發生過施工方船隊與風機碰撞事件，某船隊接到調度中心大風通知前往避風途中，由于當時海上大霧能見度差，船隊之中未具體確定哪艘船為領航船只，致使意見難統一、命令執行延誤，在穿越2座風機時，對風況、海浪估計不足，造成風機2片葉片擊打到船體而損壞。

3）根據值班拖輪反饋的信息，在船舶及人員發生緊急情況時，指揮協調搶救力量趕赴第一現場進行搶救。

4）收集天氣水文預報、航行和航海通告、臺風預警，及時監測掌握氣象信息、潮汐時間表、海圖圖書資料，施工區域淤泥分布資料、波浪、流速情況等重要信息，及時與施工船舶溝通聯系。

5）調度指揮中心在下達包括進出場、移船等任務指令時，應根據船舶類型、技術性能、施工水域環境等，合理調度使用，并同時下達安全生產注意事項。

3.2 應對影響海上風電場移船安全的對策

3.2.1 應對氣象、風況、潮汐、波浪影響的對策

隨著現代科學技術水平的提升，各種高科技設備監測手段代替了以往人工依靠經驗判斷各種氣象、風況、潮汐規律的問題，并不斷通過監測統計得出數據，譬如：電子海圖、AIS、GPS、數字風速儀等儀器使海上施工船舶能在相對穩定的環境下進入施工現場，并在惡劣條件來臨前及時撤場。

蔣家沙項目協同各施工方及業主成立的水上施工作業調度指揮中心，及時收集各監測站給予的氣象、風況、潮汐、波浪等信息，并及時與施工船舶溝通聯系，在施工移船過程中根據建基3001的船體高度、寬度、吃水深度制訂合理的施工計劃，避開潛在的擱淺、高潮位風機擊打到船體等風險。調度指揮中心同時會針對氣象、風況、波浪監測數據，在大風浪、極端天氣來臨前通過船舶自帶的甚高頻設備、移動電話或微信等網絡平臺播報大風、大浪、極端天氣預警，并通過調度指揮中心的安排，及時撤場，保障海上風電場施工、移船的安全。

3.2.2 應對海流影響的對策

建基3001施工船舶屬于無動力船舶，移船需要拖輪的協助，移船過程中不僅要保持船體始終在施工規劃的路由線路上，還要克服橫流，不斷修正拖帶方向。為了始終把船舶控制在路由線路上，拖輪必須與被拖船保持聯系暢通，發現問題及時溝通，時刻注意船位的變化，一旦發生偏離應盡早采取措施。拖帶無動力船舶首先要合理運用雷達、電子海圖和GPS/AIS自動定位導航系統，其次要實時根據不同時段的流向、流速，不斷修正航向、合理預配流壓角，確保施工船舶始終保持在預定的路由上。

3.2.3 應對泥沙影響的對策

波浪掀沙、潮流輸沙是泥沙運動的主要形式。一般天氣情況下，施工區域海域水體表層含沙量總體較少，大風天施工海域含沙量明顯增大，大風天氣條件的不同，海區水體表層含沙濃度差別較大，導致大風過后，航道水深可能由于泥沙變化有較大變化。以蔣家沙項目附近海域船只為例，大風過后，由于駕駛人員對水域通航環境和水深、泥沙的估計不足，時有擱淺事故發生。過往船只的事故給項目部提供了警醒，在項目伊始，編制施工組織設計時，便將泥沙納入影響因素之一，制訂了應對措施。包括及時查閱海圖圖書資料，及時收取航行警告和通告，成立的調度中心也會及時將掌握的航道淤泥資料告知正在移船的施工船只，以免發生擱淺事故，從而造成更大的損失。

3.2.4 險情應急對策

為保障施工移船的安全，項目部針對各種可能發生的意外險情或事故制訂相應的應急預案，應急處置方案包括：人員落水應急處置措施；船舶碰撞事故應急處置措施；船舶擱淺應急處置措施；船舶失控應急處置措施；船舶有沉沒危險時的應急處置措施；船舶防臺、抗臺的應急處置方案；極端氣候應急預案等。

事故發生后，為盡量降低損失，需要充足而有效的應急資源，應急資源可分為狹義和廣義2種。狹義的應急資源指為應急救助提供所需的各種物資資源，廣義的應急資源包括通信保障、醫療衛生保障、物資保障、交通運輸、人力資源、財力資源、信息資源、技術資源等。項目部針對施工可能發生的各種事故，統籌配備應急物資，為移船過程中突發事故災難應急救助提供更好的應急保障。

4 結語

海上風電場施工移船的安全需要在統一指揮、各方協助、充分的準備工作以及統籌協調等方面的保障前提下，方能圓滿完成。由于施工內容、施工方案及所處的海域環境不同，具體的水上水下工程中移船安全的風險也不相同，以蔣家沙項目為例的海上風電場移船安全保障分析可作參考。施工單位要結合工程實際，積極與業主單位、海事等主管機關溝通協商，建立完善的管理制度，最大限度地減少移船過程中的風險。