浅析风力发电场拖航作业要点

摘  要：中国沿海正在大规模建设海上风力发电场，由于其地理位置的特殊性，需要大型船舶运载安装设备进入现场装卸、建设作业。海上风电作业点主要在沿岸浅水区，地理环境复杂多变，拖航作业难度大，完善的航行计划和良好的船艺是拖航作业完成的重要前提条件。本文主要分享大丰风力发电场的拖带行程，为其他同行提供借鉴和参考。

关键词：海上风电;大丰风力发电场;“德意”轮;龙源振华三号

0 引 言

在世界石油煤炭能源消耗越来越大以及全球生存环境日趋恶化的大背景下，风力发电，特别是海上风力发电作为可再生清洁能源，具有资源丰富、发电利用小时数高、不占用土地、靠近高负荷海滨地区电网和适宜大规模开发等优点，越来越受到世界各国的高度重视。

我国政府也非常重视海上风力发电的发展。我国首个海上风力发电项目——东海大桥海上风场I期，从启动建设到全部机组竣工并网仅用了20个月左右，创造了世界海上风电项目建设最快速度的纪录，由此也拉开了我国大规模建设海上风力发电场的序幕。

由于海上风力发电场地理位置的特殊性，需要大型船舶运载安装设备进入现场装卸、建设作业。海上风电作业点主要在沿岸浅水区，水域环境复杂多变，拖航作业难度大，因此完善的航行计划和良好的船艺是拖航作业得以顺利完成的重要前提条件。

本文主要分享大丰风力发电场的拖带行程，为其他同行提供借鉴和参考。

1 拖航作业的水文、气象、船舶情况

1.1 地理情况介绍

江苏盐城沿岸大丰风力发电场，地处海岸线50 km内的沿岸海域，水深变化较大，多有浅点，底质多有流沙，航海环境条件较差，海图水深和实际存在较多误差，航行区域水深5～15 m不等，在所有黄灯浮内都是成排的风力发电机组，水域交通环境复杂，如图1所示。

1.2 潮汐、气象介绍

每年4—5月，中国沿海处在季风更换期，西北季风强度逐渐减弱、风力逐渐减小，但是阵风7级的偏北风也时有发生，只是持续时间相对较短。此时，西南季风还没有形成，却也已经开始影响北方冷空气南侵的强度。由于沿海季风转换，冷暖气流的影响，在沿海随时形成平流雾和锋面雾，影响船舶航行安全。

潮汐主要受黄海沿海环流影响较大，涨落潮流350°～170°方向回复流，流速2～3 kn，流速减弱时流向有所转变。

1.3 船舶概况

1.3.1 德意

“德意”轮是上海打捞局无限航区海上拖船，船长95.20 m，型宽15.2 m，型深7.5 m，船舶艏艉吃水5.4/6.5 m，二臺主机马力3 910 kW ×2，系柱拖力122 t。

1.3.2 龙源振华三号

“龙源振华三号”自升式风电安装平台，船长100.8 m，型宽43.2 m，型深8.4 m，艏艉吃水4.5/5.2 m，起重能力达到2 000 t，起升高度达120 m，可以实现大兆瓦海上风机基础的空中翻身，最大作业水深达50 m，可储存大量风机设备，具备120人在海上工作居住，是目前世界上最大的风电施工安转平台，也是中国海上风电作业从浅海走向近海的关键利器，见图2。

2 拖航前的准备

2.1 选择正确的航线

由于该区域非船舶经常航行区域，海图资料与实际情况存在误差，所以选择一条符合拖带的航线至关重要。

“德意”轮需单船进入风电场，将“龙源振华三号”从风电场内陆侧拖出。航线设计时既要参考现有海图资料，也要考虑现场风电基座排布，尽量减少在风机基座之间穿梭。航线设计好之后，安排抛锚艇测深仪监测水深，寻找出水深最浅点，从而判断该航线是否符合拖航要求，如符合航行要求后，在相关航海仪器上设置航线。

2.2 制定应急预案

由于航线附近都是风力发电设备，风电基站相互间东西向距离600 m，南北向的距离为700 m，每个风机上的风叶长度为60 m，如遇到海上风力达到5级（8 m/s）以上，风叶会随风力增加而转动，给拖航作业增加难度。

另外，在所有航行中，两个风电发电机基座有效距离不超过500 m，需保留安全距离两侧各100 m，实际航行的距离仅300 m。

因此，在航行前需要考虑到可能发生的各种突发情况和故障，提前做好应急措施并设置应急预案。

2.2.1 通信

在拖航过程中，保持通信畅通非常重要，因此要求拖航船队使用专用频道（如VHF  CH/17），避免和其他船舶串线而影响通信的有效性。

2.2.2 主拖船主拖应急预案

拖航途中若主拖船主机或全船断电发生故障而无动力进行有效拖航时，主拖船应急采取的措施包括，立即通知被拖船，启动应急设备保持船位稳定在计划航线附近，主拖船应急抛锚，避免船舶受到风、流的影响漂移，从而危害到风电设备的安全（如有护航船应立即采取有效措施稳定主拖船船位）。

主拖船如果无法有效快速处理船舶主机或断电故障，影响拖航船队和风电基站安全时应该果断采取割断主拖缆措施，被拖船启动应急设备，确保被拖船船位稳定，从而保障风电设备的安全。

发生主拖缆断裂，要求被拖船立即启动DP设备，并紧急启动抛锚等相关措施，确保“龙源振华三号”的船位在航线附近，不影响海上风电设备的安全。拖船立即处理第一根主拖缆，启动第二拖缆接拖准备工作，尽快接拖离开现场。

2.2.3 被拖船应急预案

在穿越风电场拖航期间，要求被拖船航行值守，保持DP设备随时启动，以防突发事故发生时，稳定船位，同时备锚做好随时抛锚准备。

2.2.4 海上气象因素

由于沿海季风转换，是我国沿海多雾季节。在航行途中，海上经常起雾，导致能见度较低，对此专门设计了预案措施。

由于能见度不良航道空间较小，在途中无法修改航线，因此应当使用雷达导航、测量船舶和风电基站的有效距离。使用电子海图或GPS定位确保拖航船队的航迹保持在既定航线上，避免拖带船队偏离航线而影响风电设备的安全。船舶在航时发生能见度变化时，应立即启动雾航制度。

在航行期间，整个拖航船队若受到横风影响，由于海上风力的增加已经影响到船队和风力发电基站相对安全距离，此时采取的措施包括，要求主拖船在有效控制安全前提下，适当修正风流压差，保证主拖船的航迹向在航线上，要求被拖船启动DP设备，修正被拖船的航迹向，确保整个拖航船队在航线上航行。

2.2.5 避免拖航期间被拖船偏荡采取的措施

由于在风电基站之间航行，空间较小，拖缆长度也受到限制，一般控制拖带总长度300 m内（被拖船100 m，主拖船95 m，龙须缆和主拖缆之和小于100 m），如果被拖船有偏荡现象，将危险到被拖船和基站的安全，为避免被拖船偏荡现象，要求被拖船采取必要的措施，偏荡幅度控制在左右5°。措施包括操舵、使用DP设备，或侧推等船上现有设备，减小偏荡幅度。

2.2.6 护航

在条件许可下，备1艘辅助拖船护航，预防应急使用。

3 拖 航

3.1 计算对“龙源振华三号”的拖力

对“龙源振华三号”拖力进行计算，校验是否有符合相关的拖力要求，根据“龙源振华三号”的资料和“德意”轮船舶资料进行计算，“德意”轮的拖力完全满足CCS拖航指南要求。

3.2正式拖航

被拖船准备工作完成后，在安全区域内接拖、起航，按照设计的航线航向穿过几道风电基站后离开风力发电场（见图3、图4、图5），进入空旷水域恢复常态化航行。

在起航之前，拖航船队进行了充分的风险评估，制定了较为完善的应急预案。

拖航船队准备穿越之前，安排大副和木匠船头瞭望，并且备好双锚随时抛锚准备工作，在拖缆机附近安排气割设备，随时在危险时刻使用，机舱人员在检查设备完好后就地待命。在船队进入风电场之前，通知被拖船准备进入基座区航行。拖航期间严格控制拖航速度，要求拖航速度在3 kn以下，避免拖航过程中被拖船的速度过快，惯性过大，无法有效控制船位，同时也充分考虑主拖船在发生故障时刻，在航行速度3 kn狀态下抛双锚固定船位不危及风电设备。船队开始穿越风电基站时，修正风流压差后，摆正船位让船队航迹向在计划航线上。由于海上冷湿气流的影响，在船队进入第一个风电基座时，海面上出现了锋面雾，能见度极差，视距降至50 m左右，拖航船队立即启动雾航程序，在助航设备提供详细航行信息前提下，整个拖航船队谨慎航行，在电子海图和避碰雷达量程0.75～1.5 n mile上监控拖航船队的航迹向，航迹向和计划航线重合无误差，穿越风电基座。由于天气变化无常，在锋面雾影响下，拖航船队穿越三道基站后海上起风，风力达到10.8～15.5 m/s，能见度转好，视线也宽广，但是风力增加，也影响拖航船队的整体船位存在偏航，及时修正风流压差，向上风向纠正航行，保持航迹向在计划航线上航行，并且适当加大主机输出功率，确保航行速度保持在3 kn航行，经过几个小时的航行，船队拖离风电场开始常规航行，见图3、图4、图5。

4 拖航注意事项

4.1 完善航海资料

在进入一个陌生水域前，要通过各种渠道尽可能细致地了解该水域的水文气象资料，航海信息等资料。

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纵性能，被拖船相关资料。

4.3 做好应急预案

对被拖船的接拖、拖航、解拖可能存在各种不确定因素，在各项作业前，对各项作业的流程进行整理，按步骤做好风险评估以及应对措施，分析整个作业过程中可能遇到的风险，比如说突发的天气变化（大雾、阵风等等）或者设备故障等，备好应急预案，才能避免事故的发生。

4.4 注意风流压差

拖航与单船航行不同，拖航时航行速度慢，受风面积大，及其被拖船容易受到风流的影响，所以在拖航的过程中一定要控制好风流压差角，及时调整航向。

4.5 合理使用助航仪器

助航仪器有其局限性，在穿越风电基站时，不能仅依靠航海设备航行，采用措施保持连续的不间断观察，为被拖船留出足够大的余地，防止被拖船受风力影响擦碰下风侧基站。

4.6 保持通讯畅通

在拖航过程中保持通讯畅通是非常重要的，紧急情况时通讯畅通是解决问题最快速方法之一。

5 结 语

在我国沿海风力发电场实施拖航，在拖航的过程中会发生许多突发情况，务必要做好被拖船的稳性计算，拖力点与主拖缆的匹配、拖航阻力计算、航线设计、应急预案等，充分掌握现场和航线上的风向风力及流速流向，密切关注被拖船浮态及主拖缆的张力变化，依靠整个团队的默契配合，冷静处理突发情况，积极克服困难，保持拖航船队的良好状态，方能在风电基站之间安全穿越，顺利抵达下一个风电场。

作者简介：

许火生，船长，（E-mail）coesxuhuosheng@163.com