中国海上风电场航标维护策略研究

2022-02-03王雄杰李鹏宇广州航标处

珠江水运 2022年24期

王雄杰李鹏宇广州航标处

海上风能是一种零CO2排放的可再生清洁能源。与陆上风电相比，它具有不占用土地空间、风力资源丰富、适合大规模开发等优点。海上风电场建设期间，在狭小海域内汇聚大量施工船舶，对海上交通安全造成较大挑战。广州航标处为华电阳江青州三海上风电场设置了15座直径2.4米的警示灯浮标、4座测风塔警示灯桩、5座AIS航标，并承担2年多的后期航标维护工作。通过综合应用视觉航标和无线电航标，清晰标示了海上风电场施工水域范围，警示附近船舶与施工水域保持安全距离，有效确保国家海上重大工程的顺利推进。本文从阳江海域某海上风电场航标维护工作面临挑战切入，总结实际航标维护工作中好的做法，展望未来航标维护与风电场运维一体化开展的前景。

1.航标维护面临的困难

海上风电场项目一般占用海域范围较广，离岸距离较远，需要布设航标的数量较多，其航标维护难度远大于一般港口和航道的航标。

1.1 航标故障多发

（1）航标熄灭。海上风电场航标容易受到极端天气影响，灯器、太阳能板、蓄电池、连接线路、控制电路等部件极易失效。此外，较大的风浪涌浪导致航标频繁剧烈晃动，相关固定部件、螺栓、连接线头等容易松动破裂，进而导致航标灯器失常，发生航标熄灭情况。

（2）浮标离位。海上风电场建设海域普遍离岸较远，海风大、涌浪多，夏秋季节多台风、暴雨，冬季多寒潮大风、巨浪，对航标效能的正常造成较大挑战。据统计，自1949年以来，在粤西登陆的台风多达187个，年均2.5个，其中正面袭击阳江的台风有33个。如：今年9号台风“马鞍”正面袭击阳江海域，最大瞬时风速达35m/s。冬季寒潮期间，阳江海域风力强劲，气温骤降，并经常伴随8-9级大风。恶劣的海况是导致海上风电场灯浮标离位的主要原因。

（3）航标被撞。海上风电场选址多会占用沿海习惯航路，如：华电阳江青州海上风电场对“广州-湛江”、“广州-海口”、“广州-广西”等多条沿海习惯航路造成影响，改变船舶习惯航法。同时，海上风电场建设需要布设大量灯浮标，风电场施工水域内经常有施工船、补给船、打桩船等大量船舶穿越进出，对风电场外围警示灯浮标造成碰撞风险。日常工作中，经常发现施工船拖拽、碰撞灯浮标的情况。

1.2 海上通信资源匮乏

华电阳江青州三海上风电场位于广东阳江南部海域，距离海岸线约30海里，由于距离海岸较远，移动公网信号完全无法覆盖。场区距离最近的海陵岛AIS基站约36海里，AIS信号可勉强覆盖。但伴随阳江水域海上风电场建设规模不断扩大，施工船舶、AIS航标逐渐增多，对AIS信号时隙占用也会造成较大压力。

1.3 航标巡检维护难度较大

华电阳江青州三海上风电场离岸距离远，该海域受季风气候影响，天气和海浪变化较大。目前，该风电场航标巡检维护任务主要由阳江航标管理站承担。受限于客观情况，航标巡检维护主要由站工作人员租用渔船、快艇等来展开，往返风电场大概要4-5个小时，能够真正在海上进行航标维护的时间非常有限。如果需巡检维护的航标数量较多，加上工作人员长时间乘船颠簸后再登标作业，工作难度将进一步加大。

2.航标维护的经验

海上风电场航标与港口、航道航标的巡检维护有所不同。研究海上风电场航标巡检维护策略意义重大。广州航标处通过遥测遥控与现场巡检相结合的方式，有效保证海上风电场航标的效能，为海上风电场建设和运营提供可靠的助航保障。

2.1 保证航标正常率

（1）改良锚锭系统，提高抗风浪能力。华电阳江青州三海上风电场选址水深40-50米，所布设的灯浮标锚链长度多是按照3倍水深来配置。由于该海域海况复杂，台风多发，往往在恶劣天气过后出现灯浮标离位情况。针对此情况，广州航标处开展新型锚锭系统研究，首次设计出一种长方体钢结构沉块（内部中空三角形结构）并在阳江风电场海域试用。灯浮标抗离位能力得到明显加强。

（2）使用一体化灯体，降低航标灯器故障率。航标一体化灯器是集成灯器、蓄电池、太阳能板等于一体，具有体积小、重量轻、安装轻便、维护便捷、防水性好等优点，实际使用中可靠性较强、故障率较少，可有效降低工作人员安装维护难度。一体化灯器虽然单个费用较高，但能有效减少应急复光频次，降低租船出海成本，总体上考虑是具有很好经济性。

（3）合理利用AIS技术，提升航标助航效能。广州航标处已在多个海上风电场设置AIS航标，主要是选在海上风电场外围重要设施（SPS）上设置AIS航标，从而清晰标示出海上风电场的大致轮廓范围，引导过往船舶驾驶员可以超视距发现风电场，为船舶操纵预留出足够的回旋空间和时间。据了解，部分海上风电场业主也利用AIS技术、雷达技术、VHF技术等在风电场外围设置多级警戒圈，对靠近风电场的船舶进行分级提醒，从而保障风电场设施安全和减低航标被撞风险。

图1 浴盆曲线特征图

2.2 充分发挥通信机制作用

（1）用好北斗遥测遥控。近几年，航标遥测遥控技术已基本实现与北斗通信定位的深度融合，带有北斗定位功能的遥测遥控装置已成为现代航标的标准配置。广州航标处所属所有航标已实现北斗遥测遥控技术的全覆盖。北斗遥测遥控实现北斗通信、定位与GPS定位的交叉应用，不但有效提高航标定位精度，还可及时将航标工作的实时信息通过北斗短报文发送到北斗指挥设备，实现对航标灯器电压、灯器电流、太阳能板充电情况、灯器开关时间、加速度等信息的实时收集。同时，通过解析相关报文将信息展示在航标遥测遥控系统上，可让工作人员对航标工作状态进行实时监控，提升航标管理信息化水平。

（2）优化AIS天线。海上风电场的风机巨大，对AIS通信形成遮挡，甚至会出现AIS覆盖的盲区，造成AIS遥测遥控终端的通信链路时断时续甚至完全中断的情况。针对此情况，可在维持AIS接收机和发射机功率不变的基础上，适当延长AIS遥测遥控终端天线的长度，从而较好解决AIS通信盲区和覆盖不够的问题。

2.3 减少一线人员工作强度

（1）优化航标巡检周期。通过对维护数据的统计分析，不难发现航标的故障发生率是呈现浴盆曲线特征。即：在航标维护工作中，通常以3年作为一个维护周期，在航标投放的前期和末期，航标发生故障的几率最大；在中期，航标发生故障的几率最小。传统的固定周期航标巡检，不利于“好钢花在刀刃上”。应充分发挥遥测遥控数据价值，研究航标的分类管理模式，对不同时期航标采取不同密度的巡检策略，实现减员增效的目标。

（2）增加灯器遥控功能。海上风电场的航标维护最大困难在于海况恶劣，长年较大的涌浪、波浪等对航标作业人员上下浮标造成很大挑战。要想减轻一线航标作业人员的工作强度，就要充分利用红外技术、蓝牙技术、北斗遥控技术等，实现对航标灯器的远程控制。工作人员只需在拟巡检的航标周围一定范围内利用遥控设备就能对灯器的灯质、明暗、开关等减少设置，可有效减少工作人员作业风险和强度。

3.航标维护工作建议

根据《中国海区水中建（构）筑物助航标志规定》等有关要求，海上风电场在从测风、建设再到运营的各个阶段都要布设满足通航要求的助航标志。助航设施的维护也是海上风电场运维的重要内容之一。因此，航标部门在做好助航服务的同时，可以考虑对海上风电场的运维管理进行适当扩展。

3.1 关注广东沿海风电场建设

2022年4月，广东省政府发布《广东省能源发展“十四五”规划》，提出大力发展海上风电，规模化开发海上风电，推动项目集中连片开发利用，加快建设阳江海上风电全产业链。新增投产三峡新能源阳西沙扒二期、沙扒三期、沙扒四期、沙扒五期，省能源集团阳江沙扒，中节能阳江南鹏岛，明阳阳江沙扒示范，华电阳江青洲三等海上风电项目。可以看出，海上风电场后续建设还会有很大的助航服务需求，需要航保部门持续跟进。

3.2 主动参与海上风电场建设和运维

2022年5月，阳江市政府发布《阳江市能源发展“十四五”规划》（征求意见稿），表示要充分发挥海上风电建设条件较好、经济性较优、开发潜力巨大等优势，全力推动沙扒、南鹏岛、青洲三厂址等已开工项目（合计350万千瓦）建设，提出构建功能完备的风电全产业链生态体系，推动风电上下游产业链条集聚发展，到2025年，确保已核准的1000万千瓦海上风电项目全部建成投产。航保部门应主动参与海上风电场的建设和运维，在打造阳江“国际风电城”的过程中发挥航海保障专业技术支持作用。

3.3 积极参与海上风电场建设

（1）抓好航标维护与风电场运维结合。海上风电场建成后的运维工作非常重要，专业性强，往往要靠建立专业的运维队伍来保障。据有关资料显示，风电场运维成本约占到整个生命周期总成本的30%。运维设备费用主要是船舶租赁费，约占到运维总费用的70%。为最大程度降低成本，保障风电设备正常运转，目前，海上风电场最主要维护手段的计划维护周期只能保证每年2次左右[1]。对比而言，海上风电场航标的巡检周期每年一般至少4次，整体上完全可以覆盖海上风电场风机的每年计划维护频次。因此，可以考虑将航标维护和海上风电场风机维护同步安排，降低海上维护作业的用船频次，进而降低海上风电场的综合运维成本。

（2）以智慧航保建设推动风电场运维工作。海上风电场风机状态好坏关系风电场整体运营质量。如对隐患不能及时发现，可能造成重要设备损害、运维成本攀升、其他次生事故等一些列负面事件，严重影响国家重大项目运营效能。关于海上风电场风机状态判断的依据,主要是通过对风电机组状态的监测，从而获取状态信息，进而开展风机机组状态的整体研判[2]。如发现问题则可快速制定有效的解决方案，避免事故发生。海上风电场运维管理最理想的方式是对维护状态的实时掌控。相较陆地风机而言，监控技术成熟度不高、通信手段不多、通信效率不高是限制海上风电机组状态监测工作的瓶颈。尤其海上通信效率不高已成为制约海上风机状态监控的主要因素[3]。因此，有必要抓好航海保障部门自身能力建设，特别是智能化、智慧化建设，将智慧航保与海上风电机组状态监测工作相结合，让智慧航保为海上风机机组状态监控提供有效解决方案。可以考虑在阳江沿海地区布局或共享AIS基站、雷达站、北斗CORS基站、5G基站等，打造海上高速通信网络。此外，可在海上风机塔桩位置安装水文气象、光电等各种传感装置，凭借海上风电场的电力能源及场所优势，充分融合水文气象、监控视频、雷达侦测、红外探测、AIS等相关数据，支持海上风机状态监测、维护与决策，不断拓展海上助航服务能力。