風電運維船登乘方式淺析

摘 要：本文對國內外風電運維船登乘風電塔的幾種方式進行了介紹，并對各自的優缺點進行了對比分析，為海上風電運維船登乘方式設計和選型提供參考。

關鍵詞：登乘方式;抱樁;登乘棧橋;頂靠

中圖分類號：U667.9

文獻標識碼：A

1 前言

我國擁有豐富的海上風能資源，在江蘇、浙江、山東、上海、福建和廣東等地分布廣泛，契合國家綠化能源的戰略發展方向，沿海各省正在積極發展海上風電項目。截至2018年底，我國海上風電裝機總容量超過400萬kW; 2019年在建海上風電項目達30多個，容量約1000萬kW。

風電運維船是海上風電運維修的主要裝備，用于維護人員及小型零部件的運輸，其主要包括海上航行和靠離風機塔基2個環節。目前國內風電運維船的船長一般在28 m以下，多采用鋁合金雙體船型;其靠離風機塔基作業有多種方式，常用的有通道/舷梯、抱樁及頂靠等方式。本文就目前主要的幾種風電運維船人員登乘靠泊方式進行對比分析。

2 抱樁式登乘方式

抱樁登乘方式，是在風電運維船上安裝機械抓緊設施，通過安裝在船首的機械液壓抱箍裝置夾緊風機基礎上的鋼質護舷，抑制船舶的首搖、縱搖、橫搖、升沉等運動，使船舶受風浪流影響降至最低，從而提高人員傳送的安全性。 采用機械夾具頂靠，可實現在最大有義波高2.5 m的海況下安全頂靠;但遇到突發海況，若不能及時脫開抱箍，則對船體結構可能會造成破壞。因此，采用此種方法頂靠對船長的操船要求較高，由于抱箍的開合角度限制，在頂靠時抱箍夾緊風機基礎護舷操作需要一定的時間對準，故頂靠效率不高，目前，國內外采用抱樁登乘的運維船很少。

抱樁式登乘系統主要由液壓泵站、泵站控制箱、夾具、蓄能器、傳感器等組成：夾具一般布置在船首外側，液壓泵站及泵站控制箱布置在船首甲板下部艙室（見圖1），需在甲板下部留有足夠的空間;船首外側安裝夾具，由于夾具夾緊受力后會對船首產生影響，需對船首結構進行相應的加強，同時需考慮夾緊狀態下船只運動狀態的安全性。

3 通道/舷梯登乘方式

通道/舷梯登乘方式，是指在運維船上安裝大型登乘舷梯，通過舷梯的多自由度補償功能，使得舷梯和風電塔之間保持相對靜止，保證人員安全登乘（見圖2）。波浪補償舷梯通過傳感器檢測船舶受波浪影響后的運動和位移，通過機械控制實現波浪補償功能，從而減小舷梯與靠船樁之間的相對位移，提高人員傳送的安全性。

波浪補償舷梯根據補償形式，可分為主動式波浪補償和被動式波浪補償。采用波浪補償舷梯登乘，可實現在最大有義波高2.5 m的海況下人員安全登乘。此種靠泊方式，能夠更安全的滿足人員和貨物的登乘需求，但登乘舷梯系統費用高，同時還需考慮設備俯仰角度與風機平臺干舷的限制。

補償系統一般安裝在船舶甲板上，占用一定的甲板面積和載重量，而且設備啟動運行進入補償模式需要一段等待時間，人員傳送效率不高。目前國內安裝使用波浪補償舷梯頂靠的小型運維船并不多，但在國外是目前運用較多的方式。

波浪補償舷梯系統，主要由液壓泵站、泵站控制箱、棧橋控制箱、現場控制箱、姿態傳感器、位置傳感器、蓄能器、棧橋、爬梯、基座等組成：由于棧橋具有一定的長度和寬度，需在主甲板預留一定的空間用于登乘裝置基座的安裝和棧橋及爬梯的布置，同時考慮液壓泵站及相應控制箱的布置，一般還需在棧橋下部艙室預留足夠空間用于液壓泵站和控制箱的安裝。

采用此種方式的船舶，需在甲板面及下部有足夠的空間用于設備安裝，同時留出液壓管線的布置空間，因此對運維船總體布置及艙室劃分有一定的要求，同時也會占用一部分甲板及艙室空間。

目前補償式登乘棧橋廠家，國外主要有Ampelmann、Houlder、OSBIT Power等公司;國內主要有中船6354所、上海雄程、上海航仕、廣州精銦等公司：

（1） 6354所登乘棧橋

目前已交付一套登乘棧橋產品（見圖3），安裝在“運維001”運維船上，這是為滿足臺灣海峽海上風電基站的維護需求設計的一型三自由度登乘棧橋，該棧橋需結合頂靠方式配合使用，可有效改善作業海況限制。

（2）上海雄程登乘棧橋

上海雄程研制的一型六自由度波浪補償棧橋，安裝在一艘大型風電運維船上（見圖4），該船總長49.9m、型寬13.0 m、型深5.7 m、結構吃水3.0 m、排水量約600 t，采用DP-2動力定位系統，可在四級海況下進行人員登乘。

該棧橋參數見表2。

（3） Ampelmann舷梯

AMPELMANN是世界波浪補償舷梯領導品牌（見圖5），成立10余年來服務了全球200多個客戶。 該舷梯A型垂向運動補償最大可達2.5 m，垂直面和水平面的角度補償可達17°;E型結構更大，可滿足更高海況下的運動補償要求;L型是本系列中結構最小的，重量約5.4 t，占用甲板直徑3.5 m、舷梯長5.6-10.6 m、俯仰角度-20°- +22°。

（4） Houlder舷梯

Houlder-TAS是英國Houlder公司針對無動力定位系統的船舶設計的人員登陸系統（見圖6）。該系統在2012年和2014年分別進行了多次試驗，獲得了英國多個獎項，能夠抵御垂向±1.5 m、船舷角度±25°的位移。

（5） MaXccess系統MaXccess系統是英國OSBIT Power公司研制的人員轉運系統（見圖7），有大量的安全作業記錄，可在六自由度上對運動進行補償。

該系統主要參數，見表2。

目前，六自由度登乘棧橋大多配合有動力定位系統的船舶使用，國外廠家也有專門的登乘型號配套，其補償能力和定位精度也更好，但對船舶配置要求也更高。

根據對以上設備的情況分析可以看出：目前國內廠家研制的登乘系統，其結構尺寸均較大，與國外同類型產品相比需占用更多的甲板面積，同時均為近年來新研制的產品，目前尚未無大量的裝船使用數據;國外產品已有多年的設計及使用經驗，并大多已形成系列化產品，其可靠性和穩定性較高，使用時的技術風險更低;同時，目前登乘棧橋裝置的重量大都接近或超過噸級，對小型運維船來說，其對船體重量和性能影響較大。

4 頂靠登乘方式

頂靠登乘方式，是指運維船通過首部安裝橡膠護舷，利用螺旋槳頂推力使得首部橡膠與風電塔基產生摩擦力，限制運維船在波浪中的運動，使船舶與靠船樁之間相對穩定，保證人員安全登乘（見圖8）。首部護舷根據材質不同，主要有橡膠護舷和泡沫護舷。

采用護舷頂靠的船舶，通過配置合適的推進功率一般可實現在最大有義波高1-2 m的海況下安全頂靠。此種靠泊方式經濟性較好、響應速度高、安裝維護簡便，目前被大多數風電運維船采用。

該登乘方式操作簡單，人員轉運率較高，基本不占用船只額外空間，對船體布置和結構形式無特殊要求，可適用于各種風電運維船，是國內運用較多的方式，但人員登乘時船體運動受海況影響大。

為保證良好的頂靠效果，運維船首部橡膠需提供良好的摩擦力和耐磨性能。目前國內青島、蕪湖等廠家已有生產風電運維船船首碰墊和角隅護舷的能力，但其摩擦力較國外廠家有一定差距，更換周期也較頻繁;德國RG SEASIGHT公司針對風電運維船的特殊需求，研發出了具備耐磨、耐擠壓、韌性好等特性的頂靠橡膠，最大可吸收20 t的碰撞壓力，但相對價格偏高。

5 小結

綜上所述，風電運維船的幾種登乘方式對比，見表3：抱樁登乘作業時與風機塔基為鎖緊連接，在復雜海況下船只的鎖緊和解脫作業要求船長具有較高的操船和判斷能力，因此較少采用;舷梯登乘方式初期投資大，且舷梯的布置空間和重量較大，因此國內在小型風電運維船上較少使用;頂靠登乘方式投資少、操作方便、對船體無額外空間占用，是目前國內風電運維船使用較多的方式。

隨著國內風電市場的逐漸壯大，各運營公司對風電運維船的需求也日趨增多，業主對風電運維船的海況適應性要求也越來越高。傳統的頂靠登乘方式由于受到船體長度和自身噸位等限制，越來越無法滿足業主的使用需求，因此除了優化船型以適應更高海況的頂靠作業需求外，采用多自由度登乘舷梯的方式也被越來越多的風電運維船舶采用。國內各科研院所及生產廠應加強登乘舷梯的研發工作，以小型化、輕量化、高適應性的登乘舷梯為目標，為風電運維船登乘安全提供可靠保障。

參考文獻

[1]謝云平等.風電運維船與風機塔基耦合水動力響應分析研究[J].艦船科學技術，2017 （6）：38-42.

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