海上風電安裝船安全管理探討

■ 劉占山 于 徽 李能斌 唐思遠 高紅鷹 曾曉芹 張永康

（1．交通運輸部水運科學研究院，北京 100088；2．南通欣通船舶與海洋工程設計有限公司，江蘇 南通 226004；3．廣東工業大學，廣東 廣州 510006）

隨著國家電價補貼的取消，我國海上風力發電行業進入了“加速期”，并且逐步向外海深水區發展，對風電安裝船的需求量及施工技術要求也越來越高，同時，安全風險也日益加大。為滿足未來深遠海、大容量、一體化的施工要求，本文分析了傳統海上施工裝備現狀與發展，介紹了新型海上一步式風電安裝船施工工藝，針對海上風電安裝船在安全管理工作中存在的問題和現狀提出相應的管理措施。

安裝船；一步式風電安裝；安全管理措施

0 引言

隨著國家電價補貼的取消，機組的大型化必然會加速。據測算，距離海岸線越遠，風速就越大，發電量也就越高，離岸10 km 的海上風速通常比沿岸高約 25%。因此，海上風電安裝船需要滿足更遠、更深、更大的作業要求，向外海深水區發展的趨勢十分明顯。海上風電場離岸更遠、水深更深、海況更復雜、規模更大，這就要求我們需要根據海上風電場的發展趨勢研究相應的風電船管理辦法。

從近期發生的幾起典型的海上風電船事故不難看出，“搶裝潮”加劇了海上風電安裝市場的緊張程度，造成資源緊缺、價格高漲、操作不規范，存在著一定的安全隱患。事實上，海上安裝施工是非常高端的技術，對操作設備的精準度、人員的素質、安全要求很高。操作人員要對風電船有充分了解，針對不同風險，做出完備的防范預案，才能確保海上施工作業安全。

如何更好地管理風電安裝船，就需要先了解它的作業流程，介紹一下傳統的和新型的海上風電作業和管理。

1 傳統海上風電施工裝備的現狀與發展

由于我國海岸線長，海上風電母港建設尚不完善，海上風電機組的安裝與運輸主體基本是分離的。早期海上風電安裝船大部分都是非自航的，必須將風電機組運到機位點，這部分工作需由設備整機商來承擔，雖然后期陸續有自航式安裝船交付，但由于用船緊張，運輸任務多由其它船只完成，自航式安裝船并沒有真正發揮運輸的作用。因我國缺乏大型海上風電專用碼頭，運輸船易受天氣干擾，影響安裝進度，且存在一定的安全風險。風電機組從車間運到碼頭，再送到機位點安裝，涉及整機商、開發商，以及包括碼頭、交通船、運輸船和安裝在內的單位，責任主體眾多，容易造成銜接不順暢，出現脫節現象。

現階段我國海上風電安裝船發展，先后產生了傳統的浮吊船、坐底船和自升式平臺等，新型一步式風機安裝船和漂浮式風機發展正在試點和推廣中，半潛式風電平臺在風電場目前還僅限于打樁施工作業，半潛式平臺作為風電安裝作業平臺目前還在研究中。浮吊船施工，一方面，受風、浪、流影響明顯，對作業條件要求高，施工窗口期有限；另一方面，海上風機一般高100～120 m，隨著大型化發展，有的新型海上風機已高達150～170 m，且還有上升趨勢，而浮吊船吊臂一般在90 m以內，難以完成安裝任務。自升式平臺，受自身施工工藝的影響，對海底地質要求高，我國沿海多為沖擊平原，多為黏土地質，存在穿刺風險。現有的技術施工風險高，可用施工窗口有限，限制了我國海上風電的發展，為滿足未來深遠海、大容量、一體化的施工要求，在國家補貼政策取消后，海上風電船的發展也越來越具有時代性，我們應根據海上風電船的不斷更新發展和不斷優化的施工工藝，制定相應配套的風險管控和安全管理制度，以及有針對性的專業教育和培訓。自升式平臺海上分體式風電安裝流程見圖1。

圖1 自升式平臺海上分體式風電安裝流程

在國際和國內大背景下，為加快搶占全球海上風電安裝船技術制高點，不少公司著眼于未來海上風電開發的長遠技術需求，瞄準未來市場方向，對海上風電安裝船有針對性地進行設計研發，進行了應用基礎技術攻關和技術儲備，但對于這種新型的船舶配套的管理技術缺乏前瞻性研究。

2 新型海上一步式風電安裝船施工工藝

在我國，海上風電事業起步較晚，但風電安裝船的裝備制造迭代發展較快，經歷了海上風電安裝船三代技術更新后，現在正在開發第四代，從而滿足更遠、更深、更大的作業要求。這種新興的海洋工程裝備，其數量少、投資大，很多關鍵技術問題的研究還處于起步和摸索階段。隨著不斷的摸索和發展，今后還會不斷有新型設備和施工工藝出現，我們也需要緊跟時代發展，不斷更新技術管理要求和標準規范。

海上風電一步式風電安裝是一部全新的施工工藝，將批量化建造、整機運輸機一步式安裝技術有效結合起來，主要步驟為：復合筒型基礎在陸上制作，陸上進行風機與復合筒基礎的安裝與調試，然后將一步式運輸安裝船與復合筒在碼頭邊裝運，對復合筒基礎底部充氣自浮后拖航，抵達現場后完成一步式下沉安裝。此工藝可實現將海上風機安裝調試95%以上工作量轉移至碼頭陸上操作，這樣可以大幅減少海上作業時間、作業人員和作業船只，從優化施工工藝的角度來說，大幅降低了海上安全風險，同時可達到安全性好、效率高、對生態保護好、經濟性好等優點。新型海上一步式風電安裝流程見圖2

圖2 新型海上一步式風電安裝流程

海上風電一步式運輸安裝船作為大尺度復合筒型基礎施工關鍵技術之一，其海上拖航安全關系到整機與基礎的安全，在風機整機進行拖航時，由于風機屬于高聳的結構物，機頭、塔筒的質量都接近500 t，整機的重心高度高，在靜水中不能自穩，需要與一步式風電安裝船相連接后才能進行拖航。

復合筒型基礎作為一種氣浮結構，其內部氣壓的大小會影響到其拖航的運動響應，其筒型基礎內部氣壓對一步式運輸安裝船穩性有很大的影響，為了保證新型一步式運輸安裝船在拖航過程中的安全，需要監測在拖航過程中筒型基礎與船體接觸力的變化和船體的運動響應。海上風電一步式運輸安裝船在船艏及船尾設置凹槽，裝有風電整機的筒型基礎，筒型基礎內分艙板將其內部分成7 個艙室，艙室通過氣管與氣泵相連，實現對筒型基礎內部的充放氣操作，氣壓變送器安裝在筒型基礎分艙頂蓋上，以測量筒型基礎內部氣壓，在水中向筒型基礎內部艙室充氣使其起浮，基礎頂部與船體凹槽上頂板接觸，筒內氣壓的大小影響著兩者之間的接觸力，進而影響整個系統的穩性。經研究表明，筒型基礎內部艙室氣壓大小對筒型基礎與船體之間的相互作用力及船體穩性影響較大，即氣壓大時，筒型基礎與船體的豎向壓力較大，船體的穩性較好；氣壓小時，筒型基礎與船體的豎向壓力較小，船體的穩性較差。因此，一般推薦對筒型基礎內部艙室充有較大氣壓后進行拖航，并且拖航過程中，對海況和筒內氣壓保持嚴密監控。

3 采取的管理措施

針對不同風電船在工作中存在的問題和現狀，為確保施工生產的順利進行，必須重視相應的船舶安全管理：

1）首先應根據海上設備和施工作業要求，優化海上風電作業施工工藝，從而從根本上減少海上作業風險。

2）提高船舶硬件設備性能，嚴格按照相關規定，消除硬件設備自身的安全隱患，增加設備使用的可靠性和穩定性。

3）提高船員和操作人員的熟練程度。針對各自不同的施工工藝和施工設備安全操作，識別安全風險和隱患，制定風險防范措施。

4）制定各崗位人員專業教育培訓機制。加大安全宣傳和培訓力度，落實崗前培訓和現場培訓制度，提高工作人員的安全意識和操作技術。

5）制定專人專職專責和安全監督檢查機制。指定富有現場作業經驗的人員作為專職安全負責人，安全生產實行一票否決制。

6）確保安全資金投入，保證人員和設備處于良好狀態，以應對突發事件及險情。

7）分析船舶現有問題和發展趨勢，結合實際，與時俱進，不斷提高現代船舶安全管理水平。

4 結語

工程施工，安全第一。隨著我國海上風電行業發展勢頭越來越強,海上施工船舶需求量不斷加大，施工船舶設備技術水平不斷提高，所需的管理工作相對于先前也有了較大變化，全面強化安全管理工作也必須擺在更加重要的位置。