我国海上风电物流问题及相关对策

2021-05-06蒋祁珺左惟东

石油化工建设 2021年1期

蒋祁珺左惟东

1.中国外运大件物流有限公司上海 201204；2.中外运沙伦氏物流有限公司上海 201204

风能作为一种无污染、全球储量丰富、技术相对成熟的可再生清洁能源，近年来在国家政策的支持下得到了迅猛发展。目前，我国陆上风电开发已经日趋饱和，但海上风电仍存在着巨大的发展潜力。首先，海上风电与陆上相比不占用土地资源，且不受陆上地形限制；其次，海上的风能资源更为丰富，发电效率更高；最后，陆上风能资源一般分布在西北、东北地区，如内蒙古、甘肃、黑龙江和吉林东部，但这些地方远离负荷中心，长距离输电受到电网建设进度的制约，而海上风能资源主要分布于我国东南沿海，靠近负荷中心。

我国拥有发展海上风电的天然优势，海岸线长达1.8 万km，可利用海域面积300 多万km2，海上风能资源丰富[1-2]。我国海上风电发展起步较晚，2010 年才建成首个规模化海上风场。但近年来发展十分迅速，2017年我国海上风电装机规模全球第三，2019 年新增装机容量1.98GW，连续两年成为海上风电新增装机最多的国家。详见表1。

风场离岸化、深水化、风机大型化已成为海上风电发展的明显趋势[1]。我国海上风电发电机组的单机发电功率通常在3MW 以上，在福建与广东等深水海域近期新建与规划的海上风场风机机型单机容量已达6M～8MW，风轮直径达150～170m，风机单桩基础与导管架基础的重量也近千吨，其配套的过渡段的重量超过300t、高度约20m，海上测风塔、海上升压站等海上风电配套设施重量和尺寸也十分庞大。这给海上风电物流带来了巨大挑战，因此如何保证海上风电设施组件物流的高效、有序流通成为了海上风电可持续发展的关键。

表1 2013—2019 年我国海上风电装机情况汇总

我国海上风电物流尚处于起步与探索阶段，与大型海上风电机组配套的物流服务行业也是近两年才形成相应的专业分支，逐步趋向专业化分工的同时，仍存在诸多问题有待解决。

1 海上风电物流特点

1.1 风电机组组件多，预组装时间长，安装机位多

海上风电机组主要由机舱、轮毂、叶片、塔筒、基础结构和过渡段组成。其中海上风电机组基础结构主要包括重力式基础、单桩基础、三桩或多桩导管架基础和浮式基础等，我国应用最多的是单桩基础，其次是重力式基础和导管架基础。一个海上风场根据其规模的不同，通常有十几个到数十个机位。各组件需先送达临近风场的码头场地，进行预组装或暂存后，再海运至指定机位进行施工安装[3]。

1.2 各组件重量大，运输设备与技术要求高

海上风电机组组件超长、超重，安装重心高，运输需要专业的大件运输设备与工装。承担海上运输任务的船舶需适应海上风场的分布，具备在不同水深海域进行定位的能力。若兼顾海上风机安装功能[4]，还需同时具备高稳定性、高起吊能力、足够的起吊高度和工作半径，这对海上风电运输施工设备、施工技术方案和施工人员都提出了更高的要求。

1.3 物流风险大、成本高，海上作业受海洋气候影响大

一方面，海上风电机组需要专业运输设备、专业码头、大型船机设备等来完成运输、装卸与安装，码头租赁、运输设备与大型安装船机设备费用高昂；另一方面，海上的作业环境恶劣，作业窗口期短，这进一步增加了风电机组海上运输的成本和风险。

2 我国海上风电物流环节

现阶段，我国海上风电物流的流程如图1 所示，主要由以下四个环节组成：产地运输至集港码头；码头集港、暂存、预组装；装、卸船作业；海运至机位。

2.1 产地运输至集港码头

风机各部分组件可能由产地不同的供应商提供。设备在完成制造后，根据生产工厂与海上风场的相对位置，选择合适的联运方式运输至集港码头：陆运至产地码头，然后水运至指定码头；或者直接陆运至指定码头。

图1 我国海上风电物流流程示意图

由于大型海上风机基础及其过渡段（若有）的重量与尺寸庞大，长途陆运十分不便，因此其生产制造场地通常包含自有码头或靠近公共码头，一方面可有效减少陆运距离，另一方面也便于海运至机位进行施工作业。

2.2 码头集港、暂存、预组装

风电机组各部分组件通过陆运或海运分批到达临近海上风场的指定码头（一个或数个），短倒运输到码头后方场地，并根据安装计划与进度进行暂存。

由于海上气候环境复杂，海上风电机组的安装必须利用有限的时间窗口进行作业，施工效率低、风险高。因此，海上风场开发商选择将机组进行部分或整体预组装，以减少海上施工时间，降低运输风险。

2.3 装、卸船作业

根据集港码头的可利用空间、地面承载能力、泊位水深条件与装卸设备拥有情况，结合风机组件大小、风场离岸距离及海域情况，以经济性与安全性为决策要素，选择合适的海运船舶与装船方式。装船方式分为利用大型履带吊、浮吊吊装装船和利用平板轴线车滚装上船。

2.4 海运至机位

将风电机组从集港码头海运至风场指定机位是海上风电正向物流的最后一个环节，其运输方式取决于风机的安装方案。目前较为成熟的安装方式主要包括分体安装和整体安装，与之对应的运输方式分别是分体运输和整体运输。这两种运输方式对运输船舶、辅助工装和海况有不同的要求，同时对风电机组吊挂方式、吊点设置和固定方式的要求也有较大区别。

2.4.1 分体运输

海上风机分体运输安装是将风电机组部件运至海边适当组装，然后再将各组件运至风场逐件安装。作为国内外目前最常用的海上风电机组安装方式，其过程主要分为3 步：风机基础的安装；风机塔架的安装；风机上层设施的安装，包括机舱和叶片[5]。

根据以上安装流程，选择符合要求的运输船舶、起重船或自升平台将风电机组的各部分组件分别运输至机位。根据风机基础结构不同，亦可选择浮运至机位[6]。

由于专业的海上风电安装船与大型起重船造价昂贵，租赁费用高昂，且甲板空间有限，单次运输的风机组件数量有限。因此，为提高安装作业效率、减少往返运输时间，进而降低安装船租赁成本，目前很多海上风场开发商或总承包商使用甲板驳船作为海运承运工具，通过驳船将海上风电机组各组件海运至机位附近已定位完成的海上风电安装船旁。甲板驳船作为安装船的补充甲板，既可提升海上风电安装船与大型起重船的安装作业利用率，亦可忽略自身携带风机组件数量限制，在有限的作业时间窗里尽可能多地进行安装作业。

海上风电机组分体安装，可以是将完全分开的各部分组件在海上进行安装，也可以将部分组装的半成品组件分别进行吊装安装。因此，海上风电分体运输方式的运输对象可以是完全分开的风机组件，也可以是半成品组件。

2.4.2 整体运输

由于海上作业窗口期有限，作业过程中任一环节的延误都可能对安装进度产生巨大影响。因此，为减少海上作业时间，进一步提高海上风电机组的安装效率，海上风电机组整体安装法应运而生，与之对应的运输方式是整体运输。

根据对风机整体这个概念理解的不同，海上风电机组整体运输安装设想分为两种形式：一种是将除风机基础及其过渡段外的上部结构作为一个整体进行运输与安装，包括塔筒、机舱、轮毂和叶片等组件；另一种是将风机基础与上部结构一起作为整体进行运输与安装，但目前还处于研究阶段，未应用于实际工程中。无论是哪一种方式，都需要在码头的预组装场地完成整体组装与调试。

采用第一种整体运输方式海运至机位的过程中，由于风机重心高，为保证平稳不倾翻，通常在风机塔筒中部使用抱箍器进行固定，抱箍器安装在平衡梁与支架上进行整体固定[7]。我国首个规模化海上风场——上海东海大桥海上风场即采用这种方法运输安装了34台3MW 风机。

随着风场所在的海水深度、离岸距离增加，海底情况、海洋环境的复杂度也随之增大。为进一步缩短海上作业时间、解决风机使用寿命到期后回收拆除困难等问题，第二种整体运输与安装方式是近年来许多学者与企业研究探讨的方向，包括对适宜的风机基础结构、配套安装运输船舶的研究。在这种方式下，通常采用浮运将风机整体运输到机位。

3 海上风电物流现存问题分析

3.1 物流服务商水平参差不齐

目前，我国海上风电行业物流服务商数量多、实力水平参差不齐，其中不乏从事大件货物运输的个体户，但缺乏专业的技术人员、操作团队与完善的HSEQ 管理体系，运输安全难以得到保障。

3.2 信息共享程度低，各物流环节之间缺少有效衔接

由于不同的开发商、制造商在不同的地域与物流环节可能会选择不同的物流供应商，且目前我国有能力提供海上风电全程物流服务的物流商数量很少。因此，不同的海上风电物流环节通常拥有不同的物流服务商。但由于部分物流商之间处于竞争关系，可能存在有意制造信息阻隔的情况，从而对下一环节的物流造成诸多不便。例如：市场上大件运输车辆品类繁多，不同品牌、侧重功能不同的运输设备的性能和尺寸不一，运输时需使用的工装不同，若前一环节的物流商不提前将其运输所用物流设备信息告知下一环节物流商，将可能造成后续运输需临时更换运输车辆设备，增加物流成本与运输时间。