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专题 | 安装船的“黄金时代”

北极星风力发电网  来源:《风能》  作者:孙一琳  2021/6/2 11:43:29  我要投稿  

北极星风力发电网讯:海上风电开发正成为全球焦点。近日,全球风能理事会(GWEC)公布的数据显示,2020年,全球海上风电新增装机容量为606.7万千瓦,创历史新高。GWEC预测到2030年全球海上风电将新增装机2.05亿千瓦。而据英国克拉克森研究(Clarkson Research)公司预测,到2025年年底,全球至少有1.5万台风电机组运行于350多个海上风电场。

作为海上风电项目建设的一个重要基础装备,目前安装船供不应求。英国克拉克森研究公司的报告显示,截至2020年8月,全球有超过700艘船参与过海上风电项目。其中,具备自升和自航能力的专业海上风电安装船有52艘,吊重安全工作负荷(Safe Working Load)大于800吨的则有31艘。

此外,当下有14艘自升式平台处于建造中,其中9艘的吊重安全工作负荷大于800吨。

能源咨询公司Rystad Energy 表示,能够安装大型海上风电部件的船舶的建造速度远远跟不上市场需求的增长,按照目前的趋势来看,全球安装船的数量将不足以满足2025年以后的市场需求。繁荣的海上风电市场正在为造船业打开巨大的发展空间。

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表1 国外主要第三代大型自升式海上风电作业平台

低迷中的“燃点”

受新冠肺炎疫情影响,2020年,租金和设备利用率的下降使传统海工市场承受巨大压力。当然,“承压”似乎早已成为海工市场的常态。克拉克森研究公司在其定期发布的《离岸市场影响跟踪》(Offshore Market Impact Tracker)报告中指出:“自2014年全球油价逐步回落,海工市场开始陷入长达5年的低迷期。2019年,得益于市场供需不断再平衡,海工板块的活跃度有所改善;但是2020年年初爆发的新冠肺炎疫情削弱了市场的积极前景。”然而,海上风电已经成为低迷市场中的“燃点”。

除了海上风电需求的释放为海工市场带来活力外,在供需失衡的背景下,海上风电安装船租金暴涨,由此带来的可观利润吸引了众多海工企业。有从业人员表示,当前中国海上风电安装船的租金已经从原来的400万元/月涨到1000万元/月以上。

在美国,海上风电安装船的租金更是暴涨至540万元/月(约合人民币3540万元/月),即便如此,依然“一船难求”。

已有企业闻风而动。早在2020年夏季,摩洛哥最大的散货船船东之一Scorpio Bulkers 就披露,将投资2.65亿~2.9亿美元(约合人民币17.25亿~18.87亿元),打造首艘海上风电安装船,成为全球首家转向可再生能源市场的大型散货船公司。据报道,该公司还与韩国大宇造船公司(DSME)签署了“1+3”艘海上风电安装船建造意向书,首艘船只交付时间定于2023年第三季度。

2021 年2 月4日,Scorpio Bulkers 正式公布了其全新的公司名称⸺“Eneti”,计划在2021年内出售船队中的全部散货船,转战海上风电行业。

此外, 挪威奥斯陆海洋重型运输公司(Offshore Heavy Transport)、全球最大的集装箱航运公司马士基集团和日本清水建设株式会社等国际知名企业也在计划制造或订购海上风电安装船。

英国克拉克森研究公司的数据显示,2005年至2020年,全球海上风电相关船舶及平台的新造和改装订单总计达783个,海上风电板块的船舶新签订单数量已占整体海工市场订单的10%以上。

先驱者的脚步

欧洲是全球最早开发海上风电的地区。在早期探索阶段,海上风电项目施工以浮吊为主,有时候甚至需要动用昂贵的、用于海上石油项目的重型起重平台或浮式起重船。

为了解决浮式起重船和平台作业窗口期过短的问题,欧洲开发了世界上第一个专业化的自升式海上风电安装平台,但该平台的尺度过大,机电配置的冗余度过高,导致投资成本大,经济效益不佳。

荷兰GustoMSC 公司作为全球领先的海洋装备设计公司之一,开发了具有代表性的第一代插桩自升式海上风电安装船船型,采用非绕桩式,将吊机布置在艉部两个桩腿之间。由于采用了四桩腿设计,甲板通畅性和投资成本得到显著改善,成为主流产品。

欧洲的第二代海上风电安装船型也是以配置绕桩式起重机为主要特征,其绕桩吊机的安全工作负荷一般在400~800吨。

2010 年前后,欧洲推出第三代自航自升式海上风电作业船型。

随着海上风电机组向大型化发展,以及海上风电项目逐步向深水区迈进,欧洲海上风电行业开始探索运输与安装“一体化”的作业模式。该模式大致经历了三个阶段。一是风电设备“一体化”运输和安装:可变载荷迅速提升至5000吨左右,一次出航可携带4~6套机组设备,起重能力在800~1000吨。二是单桩和多角基础的“一体化”运输、起吊和打桩:配置的绕桩式吊机起重量大致在1500吨左右,最典型的是Scylla号(1500吨×32米=48000吨·米)。三是适用于3000吨基础的“一体化”运输、起吊和打桩船:典型的如比利时杨德努公司(Jande Nul) 公司投资建造的“伏尔泰”号,预计于2022年交付使用。

目前看来,欧洲在前两个阶段的实践是比较成功的,核心施工装备和海上风电产业形成了良性的互动。Scylla号安装船在英国海上风电项目的作业也十分成功:船舶尺度大,耐波性好,作业窗口期长;配置齐备,作业效率高;无需配套船组配合,海上作业安全性显著提升,有利于控制工程的整体人力成本,对各国海上风电发展具有较大的启发和参考意义。

除了发展自航自升式平台,比利时德米(DEME)集团下属的GeoSea于2019年投资建造了5000吨级多功能起重船,主要用于海上风电基础施工,其全回转起重能力达到3000吨,起吊高度达到水面以上170米,船长216.5米,船宽49米,型深16.8米。

缓解用船紧张的方案

即使欧洲海上风电安装船产业走在世界前列,但同样面临紧缺的窘境。英国咨询公司4COffshore 认为,由于轮毂高度和起重能力的限制不断增加,预计海上风电安装船将严重短缺。可以使用的船舶数量有限,使得大型风电机组的部署变慢,项目延误,竞争的缺乏则进一步拉高最终建设成本。

而除了增加数量这一显而易见的解决方式之外,还有更多手段可以缓解海上风电用船紧张的局面。

首先,可以对现有安装船进行升级。近期,荷兰四面体(Tetrahedron)公司开发出一种可安装在原有安装船上,实现升级改造的新型吊机。该公司表示,与占地面积相同的现有船载起重机相比,因其利用了不同的运动原理和结构载荷传递方式,新型起重机拥有更强的起重能力,最大可以满足单机容量为20 兆瓦的海上风电机组的安装。而这款起重机仅比现有起重机高出50 米。如此一来,原本设计用于安装5 兆瓦海上风电机组的自升式平台可以在无需重新加固船体的情况下进行升级,省去了重新制造大型起重船的费用。目前,挪威船级社DNV GL 已完成概念设计验证,计划在2022 年之前交付首台新型起重机。

其次,与整机厂商和开发商进行更多的合作,借此更好地把握市场发展趋势,从而优化安装时间表,确保以最合理的方式利用安装船。比如,随着水深的进一步增加,漂浮式风电机组与漂浮式海工结构将催生出更多的水上作业模式。自升式海上风电安装船由于受作业水深的直接限制,将不具备面向漂浮式风电机组的运输安装能力,取而代之的可能是漂浮式海上风电安装船或平台。海工企业可根据海上风电产业发展趋势展开更有针对性的技术研发,以提高自身的竞争力。

最后,加强与本地公司的合作。海工作业窗口期受项目所在地的海洋环境条件影响较大,施工方加强与本地公司的合作,有助于增强安装船在地理上的机动性,提高安装效率。当然,这也能在某种程度上规避政策层面的阻碍。美国于1920 年开始执行的《海运商业法案》(即著名的《琼斯法案》)旨在保护国内造船业,限制外国造船厂的产品进入美国。为此,挪威OIM Wind 公司正与美国海上风电开发商谈判,将在美国建造一艘起重能力达2600 吨的安装船,以满足法案要求,建成后能一定程度上缓解美国海上风电安装船紧缺的状况


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