海上風(fēng)能作為一種可再生、無(wú)污染且儲(chǔ)量巨大的能源，具有風(fēng)力平穩(wěn)、風(fēng)機(jī)利用率高、不占用土地資源、不受地形地貌影響、單機(jī)發(fā)電效率高、電力傳輸距離短且損失少等優(yōu)點(diǎn)。另外，海上風(fēng)能對(duì)于保障氣候安全、發(fā)展低碳綠色經(jīng)濟(jì)、推動(dòng)能源轉(zhuǎn)型、減少CO2排放等也具有重要意義。

我國(guó)海岸線全長(zhǎng)超過(guò)1.8萬(wàn)千米，300多萬(wàn)平方公里管轄海域，島嶼6000多個(gè)，近海風(fēng)能資源主要集中在東南沿海及附屬島嶼。東部沿海地區(qū)先天條件優(yōu)越，經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、常規(guī)能源缺乏、環(huán)境保護(hù)要求高、海上風(fēng)能資源豐富以及建設(shè)條件好、工業(yè)基礎(chǔ)雄厚等現(xiàn)狀已符合開(kāi)發(fā)建設(shè)海上風(fēng)電的條件。這些地區(qū)電力消納能力充足，幾乎不存在棄風(fēng)、限電困擾，這也為風(fēng)能提供了廣闊的市場(chǎng)。

根據(jù)國(guó)家能源局最新發(fā)布的數(shù)據(jù)，截至2023年6月底，全國(guó)風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)達(dá)到3.89億千瓦，同比增長(zhǎng)13.7%，其中陸上風(fēng)電3.58億千瓦，海上風(fēng)電3146萬(wàn)千瓦。考慮到2030年國(guó)內(nèi)96.12GW的開(kāi)工計(jì)劃，以及海上風(fēng)電未來(lái)的成本下降幅度，對(duì)應(yīng)的遠(yuǎn)期海上風(fēng)電市場(chǎng)總空間有望超萬(wàn)億。

01海上風(fēng)電安裝運(yùn)維市場(chǎng)簡(jiǎn)述

我國(guó)海上風(fēng)電發(fā)展市場(chǎng)潛力大，然而目前海上風(fēng)電施工設(shè)備主要關(guān)注點(diǎn)在風(fēng)電安裝設(shè)備上面，特別是風(fēng)電安裝平臺(tái)以及起重船。5年～10年之后，風(fēng)電運(yùn)維市場(chǎng)將十分廣闊，海上風(fēng)電運(yùn)維設(shè)備的短缺與我國(guó)海上風(fēng)電市場(chǎng)的巨大需求和迅猛發(fā)展形成強(qiáng)烈反差，市場(chǎng)需求矛盾突出，風(fēng)電運(yùn)維設(shè)備將有廣闊的市場(chǎng)。

風(fēng)電運(yùn)維主要是指風(fēng)電機(jī)組的定期檢修和日常維護(hù)，運(yùn)維成本在整個(gè)海上風(fēng)電成本構(gòu)成中占據(jù)大量的份額，僅次于風(fēng)機(jī)建設(shè)成本，大大超過(guò)安裝成本和海纜成本。海上風(fēng)機(jī)的工作環(huán)境更惡劣，除經(jīng)受運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)械的機(jī)件磨損、電子電氣器件的電氣運(yùn)行沖擊、金屬結(jié)構(gòu)的振動(dòng)疲勞損傷引起機(jī)組各部件故障外，還有可能遭遇海上颶風(fēng)、超強(qiáng)雷暴等極端氣象災(zāi)害的襲擊等偶發(fā)事件，導(dǎo)致海上風(fēng)電機(jī)組故障率更高。此外，海上氣候多變，受大風(fēng)、洋流以及大霧等天氣影響大，導(dǎo)致風(fēng)電機(jī)組可達(dá)性差。最終結(jié)果是，海上風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用更高，是陸地的2～3倍，因此風(fēng)電運(yùn)維在整個(gè)海上風(fēng)電開(kāi)發(fā)和后期運(yùn)營(yíng)中起著十分重要的作用。

隨著我國(guó)風(fēng)電裝機(jī)數(shù)量的增加，產(chǎn)業(yè)發(fā)展加快，海上風(fēng)電裝機(jī)規(guī)模逐步增大。風(fēng)電運(yùn)維市場(chǎng)越來(lái)越大，工作也越來(lái)越繁多復(fù)雜。運(yùn)維作業(yè)主要分為以下3個(gè)類型。

1. 定期檢修

定期檢修是指按照風(fēng)電機(jī)組廠家的技術(shù)要求，根據(jù)運(yùn)行時(shí)間對(duì)風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行定期的檢測(cè)、維護(hù)和保養(yǎng)等，工作內(nèi)容相對(duì)比較固定，一般都有比較標(biāo)準(zhǔn)的程序和要求。通過(guò)定期檢測(cè)可以讓設(shè)備保持最佳的運(yùn)行狀態(tài)，并延長(zhǎng)風(fēng)電機(jī)組的使用壽命，產(chǎn)生更多的經(jīng)濟(jì)效率，充分利用資源，最大發(fā)揮效益。

2. 日常運(yùn)維

日常運(yùn)維工作主要是各類故障處置，對(duì)風(fēng)電設(shè)備故障進(jìn)行預(yù)判、檢測(cè)和消除等，要求人員具有電氣、通信方面的專業(yè)能力。該項(xiàng)工作也是風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行維護(hù)最具技術(shù)、最富挑戰(zhàn)的一項(xiàng)工作，人員的工作經(jīng)驗(yàn)、技術(shù)水平和知識(shí)儲(chǔ)備決定了處理的速度與效果，直接影響到風(fēng)電的正常運(yùn)行。

3. 事故檢修

當(dāng)風(fēng)電機(jī)組一些大的部件損壞，如葉片、發(fā)電機(jī)和齒輪箱等，需要拆下來(lái)進(jìn)行修理，這種故障一般都會(huì)產(chǎn)生較大數(shù)額的修理費(fèi)用，修理過(guò)程也更加復(fù)雜。事故發(fā)生后，應(yīng)立即組織專家分析原因及處理措施，制定詳細(xì)的修理方案經(jīng)充分評(píng)估后方可實(shí)施。

02海上風(fēng)電發(fā)展的關(guān)鍵裝備

1. 風(fēng)電運(yùn)維平臺(tái)

風(fēng)電運(yùn)維平臺(tái)的主要作業(yè)工程包括風(fēng)機(jī)的支撐塔架、機(jī)艙及葉片的維修及更換工作，在海上無(wú)論是風(fēng)機(jī)還是基礎(chǔ)的安裝或者大型部件更換，都需要有相應(yīng)能力的運(yùn)輸工具將其運(yùn)送到風(fēng)場(chǎng)，并配備相應(yīng)的設(shè)備才能安裝到位。風(fēng)場(chǎng)建設(shè)后期的風(fēng)電運(yùn)維平臺(tái)通常在幾個(gè)相臨近的風(fēng)場(chǎng)之間來(lái)回穿梭作業(yè)，以最大限度發(fā)揮平臺(tái)能力。風(fēng)電運(yùn)維平臺(tái)（見(jiàn)圖1）主要有以下3個(gè)特點(diǎn)。

圖1 風(fēng)電運(yùn)維平臺(tái)

（1）升降速度

與海洋石油鉆井平臺(tái)作業(yè)方式不同，風(fēng)電運(yùn)維平臺(tái)海上作業(yè)環(huán)境復(fù)雜，作業(yè)窗口時(shí)間短，并且海況惡劣。運(yùn)維平臺(tái)需要經(jīng)常移船站樁，平臺(tái)升降頻繁，因此對(duì)平臺(tái)配備的升降系統(tǒng)的升降速度以及可靠性、耐用性有較高的要求。目前世界主流的平臺(tái)升降系統(tǒng)主要分為液壓插銷式和齒輪齒條式。與液壓插銷式升降系統(tǒng)相比，齒輪齒條式具有速度快、便于平臺(tái)調(diào)平等特點(diǎn)。

（2）作業(yè)水深深

隨著技術(shù)不斷向前進(jìn)步，海上風(fēng)電將向更遠(yuǎn)、更深的海域發(fā)展，作業(yè)水深達(dá)到60m，未來(lái)海上風(fēng)電將向深海邁進(jìn)，目前已經(jīng)規(guī)劃的海上風(fēng)場(chǎng)水深可達(dá)50m，因此作業(yè)水深將成為風(fēng)電運(yùn)維平臺(tái)作業(yè)范圍的決定性因素。此時(shí)樁腿長(zhǎng)度的重要性就突顯出來(lái)了，運(yùn)維平臺(tái)的樁腿形式主要分為圓筒式樁腿和桁架式樁腿。與圓筒式樁腿相比，桁架式樁腿因其鏤空的結(jié)構(gòu)能夠有效減少浪涌、海流及海風(fēng)對(duì)平臺(tái)的作用力，使平臺(tái)的穩(wěn)定性和安全性大大增強(qiáng)。同時(shí)圓筒式樁腿由于其自身結(jié)構(gòu)特性，一般適用于作業(yè)水深不超過(guò)40m的平臺(tái)，而桁架式樁腿則可滿足更深的作業(yè)水深。

（3）具有自航和動(dòng)力定位能力

運(yùn)維平臺(tái)具有自航能力，能夠?qū)崿F(xiàn)在風(fēng)場(chǎng)之間以及風(fēng)塔之間的快速移船就位。相較拖輪拖航、錨泊定位更加精確快捷，極大地節(jié)省了就位時(shí)間和拖輪錨艇成本，有效提高了平臺(tái)作業(yè)效率。安裝有動(dòng)力定位系統(tǒng)（DP）的平臺(tái)，可在規(guī)定的環(huán)境條件下，自動(dòng)保持平臺(tái)的位置和艏向，同時(shí)還設(shè)有獨(dú)立的集中手動(dòng)船位控制和自動(dòng)艏向控制。不僅如此，動(dòng)力定位系統(tǒng)因其能夠?qū)癸L(fēng)浪、海流的作用而實(shí)現(xiàn)平臺(tái)漂浮定位，對(duì)平臺(tái)風(fēng)暴自存的安全性和可靠性都有顯著增強(qiáng)。

2. 運(yùn)維交通船

運(yùn)維交通船是海上風(fēng)電場(chǎng)施工、運(yùn)行和維護(hù)的主要交通工具，起到平臺(tái)載體的作用。它為海上風(fēng)場(chǎng)風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行和維護(hù)提供服務(wù)，最大限度縮短及降低運(yùn)維時(shí)間和成本，減少風(fēng)機(jī)故障與停機(jī)，提高發(fā)電效率，提高風(fēng)電場(chǎng)經(jīng)濟(jì)效益，可以實(shí)現(xiàn)快速、舒適地到達(dá)風(fēng)電柱現(xiàn)場(chǎng)，并且能靠得住、靠得穩(wěn)，確保人能安全、快捷地上得去、下得來(lái)。運(yùn)維交通船見(jiàn)圖2。

圖2  運(yùn)維交通船

運(yùn)維交通船的主要用途如下：

（1）物資運(yùn)送，運(yùn)輸電氣模塊及備品備件，維修工具、日常供給物品等；

（2）人員轉(zhuǎn)運(yùn)，運(yùn)輸技術(shù)人員、項(xiàng)目組工作人員及考察團(tuán)人員等；

（3）為工作人員提供短期的食宿休息和傷員緊急救助；

（4）風(fēng)場(chǎng)火災(zāi)緊急救助等。

運(yùn)維交通船的主要性能特點(diǎn)如下：

（1）快速性和靈活性，船舶要求航速高，減少中途航行時(shí)間，快速到達(dá)風(fēng)場(chǎng)；

（2）舒適性，船舶具備良好耐波性和低噪聲，保持作業(yè)人員戰(zhàn)斗力；

（3）靠泊性，船舶操縱性要好，設(shè)備優(yōu)良，具備靠得上、靠得穩(wěn)風(fēng)電柱的能力；

（4）安全性，作業(yè)人員借助運(yùn)維交通船能安全、順利地上下風(fēng)電柱。

國(guó)內(nèi)海上風(fēng)電運(yùn)維剛起步，主要以小型運(yùn)維船為主，數(shù)量不多，現(xiàn)有的這些運(yùn)維船還只是普通運(yùn)維船，航速較低、耐波性差、靠泊能力差（有效波高1.5m以下），主要作用是運(yùn)送維護(hù)人員至機(jī)位，此外還可以攜帶小型的備品備件和工具等。

國(guó)外以大型運(yùn)維母船為主，主要運(yùn)用在歐洲大型的海上風(fēng)場(chǎng)，這類風(fēng)場(chǎng)離岸距離較遠(yuǎn)，作業(yè)水深較深。這類運(yùn)維母船一般采用雙體船型，滿足在蒲氏7級(jí)風(fēng)、2.5m波高、表面流速2kn惡劣海況下進(jìn)行海上風(fēng)電運(yùn)維作業(yè)。具備DP2的動(dòng)力定位功能，帶波浪補(bǔ)償舷梯，確保運(yùn)維作業(yè)人員安全，具有大的生活區(qū)以滿足運(yùn)維人員的住宿需求，具備高航速和較長(zhǎng)的續(xù)航力，能在海上長(zhǎng)期作業(yè)，并可為風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)小型作業(yè)船舶提供補(bǔ)給，也可以進(jìn)行水下電纜及其他水下設(shè)施維護(hù)。隨著國(guó)內(nèi)海上風(fēng)場(chǎng)的發(fā)展走向深水區(qū)，離岸距離較遠(yuǎn)區(qū)，大型運(yùn)維母船的需求將在未來(lái)5年～10年內(nèi)有一個(gè)大幅度增長(zhǎng)。

3. 波浪補(bǔ)償舷梯

眾所周知，風(fēng)場(chǎng)風(fēng)浪大，暗流眾多，人員上下風(fēng)塔十分危險(xiǎn)，如何確保人員上下風(fēng)塔時(shí)的安全十分重要。傳統(tǒng)人員上下風(fēng)塔是借助運(yùn)維船到達(dá)風(fēng)塔上面，人員抓住時(shí)機(jī)爬上風(fēng)塔。該方法十分危險(xiǎn)，稍有不慎，就會(huì)引發(fā)安全故事，畢竟風(fēng)場(chǎng)海況惡劣，氣候環(huán)境復(fù)雜多變，運(yùn)維船難以長(zhǎng)時(shí)間保持一個(gè)相對(duì)平穩(wěn)的狀態(tài)。

普通舷梯在船舶海洋工程中得到使用普遍，但由于其沿舷邊放置的局限性，只能適用于船舶或平臺(tái)與小艇或碼頭之間的人員登乘。普通步橋也是一種船舶海洋工程中使用較普遍的人員登乘裝置，但由于其設(shè)計(jì)局限性，波浪稍大就不可使用。

波浪補(bǔ)償舷梯登乘系統(tǒng)可滿足4級(jí)海況下將作業(yè)人員安全輸送到風(fēng)塔平臺(tái)，在復(fù)雜多變的海上環(huán)境中具有自動(dòng)控制能力，能保持相對(duì)平衡，見(jiàn)圖3。

圖3  波浪補(bǔ)償舷梯

波浪補(bǔ)償舷梯主要包括補(bǔ)償機(jī)構(gòu)的六自由度補(bǔ)償能力、可伸縮舷梯的伸縮能力和俯仰能力、舷梯的承重載荷能力。補(bǔ)償結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)部分為六自由度自平衡補(bǔ)償平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了集成化與模塊化，在波浪時(shí)可對(duì)波浪造成的相對(duì)位移進(jìn)行補(bǔ)償。安裝穩(wěn)定性要求高的專用波浪補(bǔ)償舷梯，在船舶與風(fēng)機(jī)柱之間形成安全通道，方便人員安全上下，確保人員安全。此外，波浪補(bǔ)償舷梯具有可伸縮性，收藏不用時(shí)占用空間小，可節(jié)約甲板面積，也可用于堆放其他物品。

03結(jié)論

深遠(yuǎn)海運(yùn)維模式和裝備能力提升將是風(fēng)電運(yùn)維下一階段發(fā)展重點(diǎn)，將有更多的深遠(yuǎn)海運(yùn)維模式和裝備出現(xiàn)，以實(shí)現(xiàn)運(yùn)維效率的最大化。根據(jù)測(cè)算，每臺(tái)海上風(fēng)電機(jī)組平均每年有高達(dá)40次停機(jī)故障，整體故障率約3%，大約每30臺(tái)海上風(fēng)機(jī)就需要1艘專業(yè)的運(yùn)維船。國(guó)外每15根風(fēng)塔需要一條運(yùn)維船，預(yù)計(jì)每15艘小船需要配套一艘大的運(yùn)維母船。基于國(guó)內(nèi)運(yùn)維船的適配能力，中國(guó)海上風(fēng)電運(yùn)維業(yè)務(wù)將有一個(gè)大幅增長(zhǎng)。在運(yùn)維裝備方面，研制推出空中維修更換大部件的工裝工具、水下檢測(cè)機(jī)器人、無(wú)人機(jī)智能巡檢和波浪補(bǔ)償棧橋等，可實(shí)現(xiàn)海上風(fēng)電運(yùn)維的降本增效，提高我國(guó)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展能力和水平。