摘要：我国东部沿海属于经济发达地区，各产业发展活跃，整体用电量接近全国的一半。同时，我国东南沿海各省份有着很长的海岸线，属于我国沿海可开发和利用的风能储量约为7.5亿kW，是陆上风能资源量的3倍，储备空间巨大。因此，发展海上风电是大势所趋。基于此，本文主要对海上风电施工与运维装备进行分析探讨。
关键词：海上风电施工；运维装备
1、前言
中国海上风电行业市场前景十分广阔。根据BNEF分析，中国将在2022年赶超海上风电大国中的德国和英国，成为海上风电累计装机量最大的国家，海上风电累计装机量将达到1000万kW。在海上风电行业发展的大环境下，海上风电安装与运维配套设备的市场需求也将增加，从而促进配套设备市场的发展。
2、海上风电安装施工及运营维护装备
海上风电场主要设立在离岸一定距离的海域，截止2016年，全球共33个国家拥有离岸风电场，共有约400艘风电运维船常年在风场内服务，特别是在欧洲，已经形成了多个技术成熟、成系列的船型为海上风电场提供各项服务。目前海上风电场开发的趋势是由近及远，由浅入深，风机功率由小到大，这对海上风电场的施工及运营维护提出了更高的要求。海上风电场的施工，主要包括海上测风塔、海上风电机组、塔筒、风机基础、场内海缆、海上升压站、登陆海缆等设备的安装施工。对海上风电场的运维来说，海上风电机组的运维占运维工作相当大的比重。对于有计划性的日常运维来说，主要采用小型专业运维船或者运维母船来进行运维。对于大部件的更换维护如发电机组、叶片等则需要专业的大型维护船，如自升式风机安装/运维平台风机安装平台，大型起重船等。
2.1自升式海上风电安装平台
自升式海上风电安装平台系为海上风电机组的安装提供搭载的平台（船体），主要服务于海上风电场的建设阶段和风场运维过程中的大部件更换和维修。小型运维船除了可以满足风机的日常常规运维作业之外，叶片、风轮、齿轮箱、发电机、轴承、箱变等风机大部件的损坏均需要海上安装运维平台来更换。目前，国内在建的海上风电场中使用安装平台的较少，大部分采用大型起重船和浮吊来完成，同时需要大型驳船、生活居住船、补给船配合，整个作业过程中过程需要多种船舶，且受到风浪影响大、定位困难、作业窗口期短、工作效率低、作业的安全可靠性较差。与此相比，海上风电安装运维平台更适合风电机组的专业化安装和大部件更换等运维作业。欧洲海上风电发达国家现已全部采用自升式平台作为风机的安装及运维平台，用于风机大部件吊装及更换，采用自升式风机安装/运维平台的原因如下。
（1）自升式风机安装运维平台能在60m水深内进行插桩，通过升降装置将平台快速抬离水面从而站立于海床上进行作业，稳性高，受海况影响小，可作业的窗口期长，而浮吊船受海况影响较大，运维风机难度非常大。
（2）自升式风机安装运维平台的运维效率高，能够快速地安装或者更换运维风机部件，从而减少风场建设时间和海上风机停机时间，从而最大可能地争取发电量；而浮吊船往往不具备更换叶片、风轮、齿轮箱、发电机、轴承、箱变等风机大部件的能力。
（3）自升式风机安装运维平台专业综合能力强，平台上融合了多种如海上重型吊机、抱桩器、专用夹具等专用设备，仅需要一艘海上风电安装平台即可完成需要传统多型船舶共同完成的海上运输和施工任务。该类型平台作业范围广、适应性强、集成复合度高，可同时满足不同种类需求的海上运输、吊装和安装等工作的需要。
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2.2海上运维艇
现有的海上风电机组的维修主要包括定期巡检维护（加润滑油、清洁等）、故障维修和备件管理三部分。据挪威船级社（DNV）公开数据，大约每30台海上风机就需要1艘相关的维护船舶进行日常的运维。另外，每座海上风机平均每年可能会发生40次左右可造成停机的故障，整体的最大故障率达到3%，考虑到海上运维受到风浪、洋流等海况影响，普通船舶如快艇，改造渔船等难以保障海上风电场的可达性，所以海上风电场的运营维护需要大量专业的装备来进行。
纵观欧洲的海上风电30多年的历史经验来看，提高海上风电运维能力成为降低停机损失，提高发电量的重要保障措施。风电运维艇构成了海上风电运维的主要装备，主要用于人员、物资、维护工具和小型配件的运输和转移。目前主流风电运维船的设计趋于多船体设计，因为这种设计就像工作平台一样快速、宽敞和稳定，该类型船舶普遍具有高航速（20～30节），耐波性强的双体铝合金结构，船员舒适度高的特点，适合离岸较近的海上风场的往返运维。该型船舶最具典型性的船型是荷兰达门造船集团的DAMENFCS2610和DAMENFCS2008系列，采用特有的双斧式舰首设计，高速耐波，具有良好的操纵性，使用可靠，维修方便等优点，这样的船体形式，无论在船舶静止或处于海中的航行状态，都可确保较小的移动幅度。运维船船长一般在28m以内，配备船员2～3人，可以运送技术运维人员8～12人。在海况较低，有义波高低于1.5m的情况下，采用运维艇通过船舶顶部抵靠风机基础立柱的方式让运维人员通过风机基础的固定爬梯到达风机进行回复维护检修。
2.3海上服务工程船
海上服务工程船又称“海上运维母船”，顾名思义，是指吨位可达数千吨，航程远，拥有相当数量人员（40人以上）的居住生活设施以及一个月以上自持能力的大型运维船舶。该型船舶往往搭载海上自平衡登船系统，配置动力定位系统和一定能力的吊机，可以在较远海域和较为恶劣的海况（有义波高约为2.5m）下进行靠泊和海上风电场的海上运维服务。
3、海上风电运维市场的供求分析
海上风电运维服务是一项有着长期稳定需求的业务，在海上风电场的整个生命阶段，风机的运维费用大大高于初始和更换时的安装费用，因此长期看，海上风电运维市场有着更长远和广阔的发展空间。目前由于国内首批风电场处于刚建成或仍在建的状况，对运维业务的市场需求较小。未来随着国内首批风电场的风机陆续结束风电机组供应商提供的五年质保期，进入运维阶段，加上行业规范的建立与专业化程度提高，对专业运维服务的需求将开始不断增加，海上风电运维船（运维平台）的需求将因此增加。根据DNV（挪威船级社）测算，大约每30台海上风机需要配备一条的专业海上风电运维船（运维平台）对其进行运维，预计到2020年全国需要近80条海上风电运维船（运维平台）对保有的海上风机进行维护。
目前国内专门用于海上风机运维的运维船或运维平台十分稀缺，几乎处于空白状况，未来随着国内海上风电运维业务的市场需求不断增加，海上风机运维船/运维平台的供应也将会相应不断增长。同时，越来越多企业会进入海上风电运维市场提供运维服务，但专业的企业在短期内仍然将会是少数，并最终能从不断增长的市场需求中受益。
4、结语
随着海上风电突飞猛进的开发建设，专业的运维服务需求也随之爆发。然而，目前参与国内海上风场建设的专业的海上风电安装运维平台不足十艘，先进的自升式海上风电安装平台更是屈指可数，拥有专业高效安装运维设备的风场建设商和风场运维商业已成为国内海上风电产业链上的一个短板环节。
参考文献：
［1］周国平.海洋工程装备关键技术和支撑技术分析［J］.船舶与海洋工程，2012（01）：15-20.
［2］杜利楠，姜昳芃.我国海洋工程装备制造业的发展对策研究［J］.海洋开发与管理，2013，30（03）：1-6.
论文作者:李文婷1,叶贺贺2
论文发表刊物:《基层建设》2019年第24期
论文发表时间:2019/11/25
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