淺析風力發電場拖航作業要點

摘 ?要：中國沿海正在大規模建設海上風力發電場，由于其地理位置的特殊性，需要大型船舶運載安裝設備進入現場裝卸、建設作業。海上風電作業點主要在沿岸淺水區，地理環境復雜多變，拖航作業難度大，完善的航行計劃和良好的船藝是拖航作業完成的重要前提條件。本文主要分享大豐風力發電場的拖帶行程，為其他同行提供借鑒和參考。

關鍵詞：海上風電;大豐風力發電場;“德意”輪;龍源振華三號

0 引 言

在世界石油煤炭能源消耗越來越大以及全球生存環境日趨惡化的大背景下，風力發電，特別是海上風力發電作為可再生清潔能源，具有資源豐富、發電利用小時數高、不占用土地、靠近高負荷海濱地區電網和適宜大規模開發等優點，越來越受到世界各國的高度重視。

我國政府也非常重視海上風力發電的發展。我國首個海上風力發電項目——東海大橋海上風場I期，從啟動建設到全部機組竣工并網僅用了20個月左右，創造了世界海上風電項目建設最快速度的紀錄，由此也拉開了我國大規模建設海上風力發電場的序幕。

由于海上風力發電場地理位置的特殊性，需要大型船舶運載安裝設備進入現場裝卸、建設作業。海上風電作業點主要在沿岸淺水區，水域環境復雜多變，拖航作業難度大，因此完善的航行計劃和良好的船藝是拖航作業得以順利完成的重要前提條件。

本文主要分享大豐風力發電場的拖帶行程，為其他同行提供借鑒和參考。

1 拖航作業的水文、氣象、船舶情況

1.1 地理情況介紹

江蘇鹽城沿岸大豐風力發電場，地處海岸線50 km內的沿岸海域，水深變化較大，多有淺點，底質多有流沙，航海環境條件較差，海圖水深和實際存在較多誤差，航行區域水深5～15 m不等，在所有黃燈浮內都是成排的風力發電機組，水域交通環境復雜，如圖1所示。

1.2 潮汐、氣象介紹

每年4—5月，中國沿海處在季風更換期，西北季風強度逐漸減弱、風力逐漸減小，但是陣風7級的偏北風也時有發生，只是持續時間相對較短。此時，西南季風還沒有形成，卻也已經開始影響北方冷空氣南侵的強度。由于沿海季風轉換，冷暖氣流的影響，在沿海隨時形成平流霧和鋒面霧，影響船舶航行安全。

潮汐主要受黃海沿海環流影響較大，漲落潮流350°～170°方向回復流，流速2～3 kn，流速減弱時流向有所轉變。

1.3 船舶概況

1.3.1 德意

“德意”輪是上海打撈局無限航區海上拖船，船長95.20 m，型寬15.2 m，型深7.5 m，船舶艏艉吃水5.4/6.5 m，二臺主機馬力3 910 kW ×2，系柱拖力122 t。

1.3.2 龍源振華三號

“龍源振華三號”自升式風電安裝平臺，船長100.8 m，型寬43.2 m，型深8.4 m，艏艉吃水4.5/5.2 m，起重能力達到2 000 t，起升高度達120 m，可以實現大兆瓦海上風機基礎的空中翻身，最大作業水深達50 m，可儲存大量風機設備，具備120人在海上工作居住，是目前世界上最大的風電施工安轉平臺，也是中國海上風電作業從淺海走向近海的關鍵利器，見圖2。

2 拖航前的準備

2.1 選擇正確的航線

由于該區域非船舶經常航行區域，海圖資料與實際情況存在誤差，所以選擇一條符合拖帶的航線至關重要。

“德意”輪需單船進入風電場，將“龍源振華三號”從風電場內陸側拖出。航線設計時既要參考現有海圖資料，也要考慮現場風電基座排布，盡量減少在風機基座之間穿梭。航線設計好之后，安排拋錨艇測深儀監測水深，尋找出水深最淺點，從而判斷該航線是否符合拖航要求，如符合航行要求后，在相關航海儀器上設置航線。

2.2 制定應急預案

由于航線附近都是風力發電設備，風電基站相互間東西向距離600 m，南北向的距離為700 m，每個風機上的風葉長度為60 m，如遇到海上風力達到5級（8 m/s）以上，風葉會隨風力增加而轉動，給拖航作業增加難度。

另外，在所有航行中，兩個風電發電機基座有效距離不超過500 m，需保留安全距離兩側各100 m，實際航行的距離僅300 m。

因此，在航行前需要考慮到可能發生的各種突發情況和故障，提前做好應急措施并設置應急預案。

2.2.1 通信

在拖航過程中，保持通信暢通非常重要，因此要求拖航船隊使用專用頻道（如VHF ?CH/17），避免和其他船舶串線而影響通信的有效性。

2.2.2 主拖船主拖應急預案

拖航途中若主拖船主機或全船斷電發生故障而無動力進行有效拖航時，主拖船應急采取的措施包括，立即通知被拖船，啟動應急設備保持船位穩定在計劃航線附近，主拖船應急拋錨，避免船舶受到風、流的影響漂移，從而危害到風電設備的安全（如有護航船應立即采取有效措施穩定主拖船船位）。

主拖船如果無法有效快速處理船舶主機或斷電故障，影響拖航船隊和風電基站安全時應該果斷采取割斷主拖纜措施，被拖船啟動應急設備，確保被拖船船位穩定，從而保障風電設備的安全。

發生主拖纜斷裂，要求被拖船立即啟動DP設備，并緊急啟動拋錨等相關措施，確保“龍源振華三號”的船位在航線附近，不影響海上風電設備的安全。拖船立即處理第一根主拖纜，啟動第二拖纜接拖準備工作，盡快接拖離開現場。

2.2.3 被拖船應急預案

在穿越風電場拖航期間，要求被拖船航行值守，保持DP設備隨時啟動，以防突發事故發生時，穩定船位，同時備錨做好隨時拋錨準備。

2.2.4 海上氣象因素

由于沿海季風轉換，是我國沿海多霧季節。在航行途中，海上經常起霧，導致能見度較低，對此專門設計了預案措施。

由于能見度不良航道空間較小，在途中無法修改航線，因此應當使用雷達導航、測量船舶和風電基站的有效距離。使用電子海圖或GPS定位確保拖航船隊的航跡保持在既定航線上，避免拖帶船隊偏離航線而影響風電設備的安全。船舶在航時發生能見度變化時，應立即啟動霧航制度。

在航行期間，整個拖航船隊若受到橫風影響，由于海上風力的增加已經影響到船隊和風力發電基站相對安全距離，此時采取的措施包括，要求主拖船在有效控制安全前提下，適當修正風流壓差，保證主拖船的航跡向在航線上，要求被拖船啟動DP設備，修正被拖船的航跡向，確保整個拖航船隊在航線上航行。

2.2.5 避免拖航期間被拖船偏蕩采取的措施

由于在風電基站之間航行，空間較小，拖纜長度也受到限制，一般控制拖帶總長度300 m內（被拖船100 m，主拖船95 m，龍須纜和主拖纜之和小于100 m），如果被拖船有偏蕩現象，將危險到被拖船和基站的安全，為避免被拖船偏蕩現象，要求被拖船采取必要的措施，偏蕩幅度控制在左右5°。措施包括操舵、使用DP設備，或側推等船上現有設備，減小偏蕩幅度。

2.2.6 護航

在條件許可下，備1艘輔助拖船護航，預防應急使用。

3 拖 航

3.1 計算對“龍源振華三號”的拖力

對“龍源振華三號”拖力進行計算，校驗是否有符合相關的拖力要求，根據“龍源振華三號”的資料和“德意”輪船舶資料進行計算，“德意”輪的拖力完全滿足CCS拖航指南要求。

3.2正式拖航

被拖船準備工作完成后，在安全區域內接拖、起航，按照設計的航線航向穿過幾道風電基站后離開風力發電場（見圖3、圖4、圖5），進入空曠水域恢復常態化航行。

在起航之前，拖航船隊進行了充分的風險評估，制定了較為完善的應急預案。

拖航船隊準備穿越之前，安排大副和木匠船頭瞭望，并且備好雙錨隨時拋錨準備工作，在拖纜機附近安排氣割設備，隨時在危險時刻使用，機艙人員在檢查設備完好后就地待命。在船隊進入風電場之前，通知被拖船準備進入基座區航行。拖航期間嚴格控制拖航速度，要求拖航速度在3 kn以下，避免拖航過程中被拖船的速度過快，慣性過大，無法有效控制船位，同時也充分考慮主拖船在發生故障時刻，在航行速度3 kn狀態下拋雙錨固定船位不危及風電設備。船隊開始穿越風電基站時，修正風流壓差后，擺正船位讓船隊航跡向在計劃航線上。由于海上冷濕氣流的影響，在船隊進入第一個風電基座時，海面上出現了鋒面霧，能見度極差，視距降至50 m左右，拖航船隊立即啟動霧航程序，在助航設備提供詳細航行信息前提下，整個拖航船隊謹慎航行，在電子海圖和避碰雷達量程0.75～1.5 n mile上監控拖航船隊的航跡向，航跡向和計劃航線重合無誤差，穿越風電基座。由于天氣變化無常，在鋒面霧影響下，拖航船隊穿越三道基站后海上起風，風力達到10.8～15.5 m/s，能見度轉好，視線也寬廣，但是風力增加，也影響拖航船隊的整體船位存在偏航，及時修正風流壓差，向上風向糾正航行，保持航跡向在計劃航線上航行，并且適當加大主機輸出功率，確保航行速度保持在3 kn航行，經過幾個小時的航行，船隊拖離風電場開始常規航行，見圖3、圖4、圖5。

4 拖航注意事項

4.1 完善航海資料

在進入一個陌生水域前，要通過各種渠道盡可能細致地了解該水域的水文氣象資料，航海信息等資料。

4.2 充分熟悉主拖船和被拖船的操作性能

要充分熟悉主拖船被拖船的操縱性能，被拖船相關資料。

4.3 做好應急預案

對被拖船的接拖、拖航、解拖可能存在各種不確定因素，在各項作業前，對各項作業的流程進行整理，按步驟做好風險評估以及應對措施，分析整個作業過程中可能遇到的風險，比如說突發的天氣變化（大霧、陣風等等）或者設備故障等，備好應急預案，才能避免事故的發生。

4.4 注意風流壓差

拖航與單船航行不同，拖航時航行速度慢，受風面積大，及其被拖船容易受到風流的影響，所以在拖航的過程中一定要控制好風流壓差角，及時調整航向。

4.5 合理使用助航儀器

助航儀器有其局限性，在穿越風電基站時，不能僅依靠航海設備航行，采用措施保持連續的不間斷觀察，為被拖船留出足夠大的余地，防止被拖船受風力影響擦碰下風側基站。

4.6 保持通訊暢通

在拖航過程中保持通訊暢通是非常重要的，緊急情況時通訊暢通是解決問題最快速方法之一。

5 結 語

在我國沿海風力發電場實施拖航，在拖航的過程中會發生許多突發情況，務必要做好被拖船的穩性計算，拖力點與主拖纜的匹配、拖航阻力計算、航線設計、應急預案等，充分掌握現場和航線上的風向風力及流速流向，密切關注被拖船浮態及主拖纜的張力變化，依靠整個團隊的默契配合，冷靜處理突發情況，積極克服困難，保持拖航船隊的良好狀態，方能在風電基站之間安全穿越，順利抵達下一個風電場。

作者簡介：

許火生，船長，（E-mail）coesxuhuosheng@163.com