王晓冉：中国海上风电最终或将走向运装一体

北极星风力发电网讯：2023年5月8日，海上风电船舶前沿技术研讨会在广东省汕头市举行。大会由中国可再生能源学会风能专业委员会（CWEA）主办，汕头市风能协会承办，中铁大桥局集团有限公司、大金重工股份有限公司协办，并得到中交第三航务工程局有限公司与3M的大力支持。汕头拥有优异的风能禀赋、丰富的场址资源、良好的区位优势，正通过加强产业协同，打造汕头国际风电创新港。其中，不仅包括全球首个在一个产业园区内聚集从风电整机与关键零部件，到检验检测实验室和大型科研装置等完整产业链的“四个一体化”的风电产业集群，也在建设面向全球的海上风电装备及服务出口、运维、施工建设基地的风电母港和海工装备制造产业园，打造国字号工程施工企业和船队。此次会议在汕头举行，引起了全球风电行业的广泛关注。来自中国、挪威、荷兰等国家政府部门代表，以及国内外海上风电开发企业、海上风电工程技术科研机构、海上风电施工与运维龙头企业、船舶设计与建造企业的嘉宾参加了此次会议。

中交第三航务工程局有限公司副总经理王晓冉在题为“我国海上风电施工船舶发展与海上施工安全”的演讲中，系统梳理了我国海上风电施工工艺、施工船舶的发展，并分享了对保障海上风电施工安全的思考与安全管理方面的“三航经验”。他表示，今后一段时期，中国海上风电将呈现出运装分离与运装一体并行发展的局面，并最终可能走向运装一体。

中交第三航务工程局有限公司副总经理王晓冉

以下为王晓冉演讲的主要内容：

中国第一个规模化、商业化的海上风电项目——上海东海大桥海上风电示范项目，不仅是中国海上风电的正式起步，也奠定了中国海上风电施工的基本模式，走出一条与欧洲不一样的道路。

当时，行业内说的最多的一个词是“四无”：无标准、无技术、无经验、无设备。中国没有风电安装船，没有可以用来打单桩的高能量液压锤。然而，我们通过两项创新技术完成了34台风电机组的安装，分别是多桩承台基础和风电机组整体安装。多桩承台基础是中国人借鉴港口工程经验提出的基础结构，它可以利用我国港口工程行业已有的打桩船和混凝土船进行施工。打桩船的特点是，可以从各个方向打斜桩，从而形成群桩基础。混凝土船则用来在船上进行混凝土拌合，并向承台的模板进行泵送。

目前，国内已建的打桩船均为无动力的驳船型船舶，随着风电机组大型化迭代加速，以及海上风电向着深远海发展，多桩承台基础渐渐不再适用，打桩船的应用场景越来越少，未来可能会退出海上风电建设舞台。

风电机组整体安装技术并非中国首创，早在欧洲Beatrice风电场建设过程中就运用了该技术，但中国采用了不一样的工艺路线，即运装分离，在陆上基地完成风电机组的拼装后，用经改造的运输船将其运到机位点，再由双拔杆式起重船从运输船上吊起风电机组，然后通过一套柔性缓冲和定位工装将风电机组整体移至多桩承台上进行对接。

在上海东海大桥示范项目上，中国工程师走出了一条主动追求运装分离的工艺路线，主要特点是海上风电组及其基础的部件安装和运输使用不同的船舶，通过多船协作的模式进行风电机组基础施工和机组吊装。在我国海上风电起步阶段，考虑到普遍缺乏施工专用的船机设备、近海环境条件好、人工成本低等，采用这类工艺可以充分利用港口工程行业已有的船舶资源，能够有效解决无专业风电安装船的问题，从而形成一套具有中国特色的运装分离施工工艺。

此后，基于运装分离工艺的风电机组整体安装技术被沿用到9座风电场，完成了257台风电机组的整体安装，最快只用47个小时即完成4台风电机组的整体安装，无论是整体安装数量，还是单机安装速度，均达到世界第一。

整体安装通常采用双拔杆式起重船，国内主要有“三航风范”号、“东海工7”等船舶具备整体安装的施工能力。然而，受制于大兆瓦风电机组整体安装存在结构干涉问题、陆上拼装场地资源、成本下降空间、开场外海作业窗口有限等，传统整体安装工艺的未来前景并不乐观。

虽然多桩承台基础和整体安装技术未能成为我国海上风电施工的主流模式，但对于推动我国海上风电的早期发展依然是极其重要的。

这样的例子同样发生在国外。全球第一座海上风电场——丹麦的Vindeby海上风电场采用的基础型式是重力式，运用了整体安装技术，也没有成为主流的海上风电施工模式，但证明了国内外的智慧是相通的，在无标准、无技术、无经验、无设备的条件下，愿意开动脑子寻找可靠的技术方案。

在海上风电领域，具有划时代意义的是单桩基础，但需要等到7年后才在瑞典首座海上风电场、全球第4座海上风电场——Bockstigen海上风电场得到应用，所用的风电机组单机容量只有0.55兆瓦，单桩直径仅为2.1米，总重量不超过43吨。

当时，欧洲采用英国的自升式风电平台船完成了单桩基础的安装。此后，单桩基础技术迅速发展，并成为首选的基础型式。由于欧洲单桩基础安装的第一次尝试采用的是自升式风电平台船，这种方式也印刻在了欧洲海上风电施工领域的基因里，成为欧洲重要的施工模式。

在我国，单桩基础施工模式比较有代表性的是中广核江苏如东150MW海上风电示范项目，尽管它并不是我国的第一个单桩基础，但确立了单桩基础施工的中国模式，采用起重船，在稳桩平台的辅助下，确保单桩的垂直度，“起重船+稳桩平台”的运装分离式工艺路线成为我国单桩基础施工的主流模式。

这具有一定的必然性。与自升式风电安装船相比，采用起重船的施工效率更高。一方面，起重船无需频繁地进行插拔腿作业；另一方面，采用稳桩平台进行大直径单桩施工，可使起重船运动与沉桩质量充分解耦，从而实现无过渡段设计，目前国内很难接受有过渡段的大直径单桩设计。此外，还可以在海上风电发展初期有效利用一批造价并不高昂的拔杆式起重船，形成多个船组，极大提高施工效率。

三航局第一条自升式风电安装船“风华号”建造时，就加装了用于单桩基础施工的抱桩器，但后来为了追求更高的施工效率，拆除了这个抱桩器，将“风华号”专门用于风电机组的安装。

海上风电机组基础的另一个重要型式是导管架，其首次规模化施工始于珠海桂山海上风电场，结合了单桩基础施工中的中国经验，采用运装分离的工艺，利用一个专门设计的水下定位平台开展导管架基础的施工，确保4根桩的平面定位精度，并利用起重船进行导管架安装。值得一提的是，我国在高强度灌浆材料方面同样由此获得迅速突破，桩基导管架基础对起重船的要求并不高，但随着水深的增加，在一些海域开始使用吸力桶-导管架基础，由于自重大大增加，采用导管架整体吊装要求起重船具有更大的起重能力。

在水深接近50米的海上风电项目中，大规模地采用了吸力桶-导管架基础结构，使用的是全回转起重船，“振华30”号的起重能力达到12000吨。目前，我国可以用于海上风电建设的起重船数量很多，近100余艘，但整体性能水平一般。首先，起重能力较大的主机施工船数量很少，多作为辅助船使用。其次，大部分为驳船型起重船，没有动力，吃水较浅，耐波性较差，在特殊天气条件下，需要频繁地撤场和避台。此外，全回转的少，固定吊的多，对于特殊工艺来说，使用起来不是很方便。

从风电机组的安装来说，目前采用最多的是分体安装法。早期，在我国分体安装中使用的是坐底式平台船。一方面，是由于前期阶段项目施工海域水深较浅；另一方面，当时缺乏专用的自升式风电安装船，在海上风电施工中使用坐底式平台船是我国独有的。这存在一定的必然性，特别是很多浅水海域非常适合使用坐底式平台船施工，且采用“坐底船+履带吊”方式可以降低施工成本。因此，直到“抢装”期间，坐底式平台船施工依然是一种常见的方式。

目前，进行分体安装的绝对主力是自升式风电安装船。作为一种起源于欧洲的风电机组安装的主力船型，自升式风电安装船在中国走出了一条独特的道路，形成了中国特色。主要原因是，中国海域普遍存在深厚的淤泥底质，自升式风电安装船作业时必须将桩靴插入较深的土层，以获得支撑力。作业结束后，桩靴上方的土体会回流，需要克服巨大的土体阻力才能将桩靴拔出。为此，中国企业针对施工过程中的岩土力学开展了大量研究，并发展出各种拔桩减阻技术。

由于淤泥层的存在，中国最早的自升式风电安装船所用的吊机均设在两个桩腿之间，三航局通过对站桩作业过程中的岩土力学开展深入研究后，从中国的第三条自升式风电安装船，即三航“风华号”开始，采用了“绕桩吊”的设计，这对海上风电施工工艺来说是一项极大的利好，可以获得更多的甲板面积，增加船舶的工作范围，吊机自重减轻。

目前，我国的自升式风电安装船正处于快速发展阶段。为应对大容量风电机组的吊装，在建自升式风电安装船的起重能力普遍超过1000吨，最高的达2000吨，并通常配有先进的动力定位（DP）系统。

当下，我国海上风电发展呈现出一些显著的特征：深远海化、机组大型化、上网电价平价化、建设高周转化。由于深远海海域的自然环境对施工极其不友好，因此，海上施工的安全性面临着很大挑战。我们必须对现有的海上施工工艺路线有清醒认识，思考如何保障海上施工安全。

一个重要问题是，支撑中国海上风电此前十几年发展的运装分离路线还能走多远，要不要走欧洲的运装一体路线。因为运装分离工艺需要两船协作，在深远海的风浪环境下存在着安全挑战。深远海施工的安全风险更多在于船舶本身，主要风险来自于深远海强涌浪的环境。对于平台船来说，风险主要来自于岩土，青州等风电场的地质资料表明，深远海依然面临着深厚的淤泥黏土层覆盖。

综合考虑工程建设的经济性、现有与正在建造的船舶资源，今后一段时期中国海上风电将呈现出运装分离与运装一体并行发展的局面，并最终可能走向运装一体。在特定的工程项目中具体采用哪些船舶，取决于经济性和安全性的综合考量。

基础方面，随着水深的增加，未来主要是单桩和导管架两种型式。目前来看，单桩基础的数量正在减少，更多的项目采用了导管架基础。

风电机组安装方面，主要聚焦于利用自升式风电安装船进行分体安装，因此，未来船舶的发展将集中在起重船和自升式风电安装船两大类。

对于保障海上施工安全，一方面，需要更先进的船舶；另一方面，需要更完备的技术和管理。对于浮式船舶，需要对海上作业窗口有更精准的预判能力；对平台式船舶，需要对船体与岩土介质力学过程的精确把握，以确保在深水厚泥的条件下，施工平台能站得住，拔得出。

对于海上施工安全的管理，在开工前的风险预判中，我们长期以来坚持通过“一机一算”“一船一算”进行风险评估，对每一个机位的平台船都进行插桩深度及拔桩力的计算，对每一个浮式施工船、打桩船、起重船都进行可作业性的评估。同时，加强施工监测，特别是对于风险高的平台船。此外，将安全保障做法及时形成作业标准，规范施工过程中的安全纪律和行为。

随着海上风电工程建设不断向深远海拓展，施工企业必然需要准备面对毫无经验可循的陌生海域。我们要探索引入大数据和人工智能的技术，借助大数据和机器学习技术快速获得未知海域的施工经验参数，利用云技术加强对施工现场的技术支持和安全管理，这是施工企业需要做的长期工作。