全球海上風(fēng)電安裝船發(fā)展動(dòng)向

中國(guó)船舶工業(yè)經(jīng)濟(jì)與市場(chǎng)研究中心 彭晨陽(yáng) 劉二森

海上風(fēng)電安裝船作為風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)的一個(gè)重要基礎(chǔ)裝備，未來(lái)一段時(shí)期內(nèi)發(fā)展空間仍然廣闊。

隨著環(huán)保問(wèn)題的日益凸顯和能源需求的快速增長(zhǎng)，風(fēng)能作為一種清潔的可再生能源，受到世界各國(guó)的高度重視。而海上風(fēng)力發(fā)電因其擁有更好的風(fēng)能條件和可觀的環(huán)保價(jià)值，已由最早商業(yè)化發(fā)展海上風(fēng)電的歐洲逐步走向全球，并且近年來(lái)發(fā)展非常迅速。海上風(fēng)電安裝船作為風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)的一個(gè)重要基礎(chǔ)裝備，未來(lái)一段時(shí)期內(nèi)發(fā)展空間仍然廣闊。

類型及特點(diǎn)

海上風(fēng)電場(chǎng)的建設(shè)中，無(wú)論是風(fēng)機(jī)還是基礎(chǔ)的安裝都需要有相應(yīng)能力的運(yùn)輸工具將其運(yùn)送到風(fēng)電場(chǎng)址，并配備適合各種安裝方法的起重設(shè)備和定位設(shè)備。海上風(fēng)電的安裝主要有分體安裝法和風(fēng)機(jī)整體安裝法兩種，目前絕大多數(shù)海上風(fēng)電的安裝采用的是分體安裝法。此外，歐洲和美國(guó)也在研究基礎(chǔ)與風(fēng)機(jī)一體安裝的方法。

目前已經(jīng)完成的海上風(fēng)電安裝主要由具備起重能力的自升式平臺(tái)和浮式起重船兩類船舶完成的。船舶可以具備自航能力也可以是非自航，獨(dú)立或聯(lián)合采用何種方式安裝取決于水深、起重能力和船舶的可用性。其中，聯(lián)合安裝比較典型的方式是由平板駁船裝載風(fēng)機(jī)部件或風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)拖航到現(xiàn)場(chǎng)，再由安裝船舶完成打樁及最后的安裝。

圖1. 起重船

圖2. 坐底式風(fēng)電安裝船

圖3. 非自航自升式安裝船

圖4. 自航自升式安裝船

表1. 主要風(fēng)電安裝船類型對(duì)比

起重船，又稱為浮吊，為載有起重機(jī)的浮動(dòng)平臺(tái)，廣泛用于各種水上作業(yè)，可以是自航或非自航。起重船的特點(diǎn)是可以運(yùn)輸和安裝風(fēng)電和基礎(chǔ)，除在過(guò)淺區(qū)域需考慮吃水以外，其余區(qū)域不受水深限制，使用費(fèi)率低，船源充足，不存在船期安排問(wèn)題。具備自航能力的起重船可以在不同風(fēng)電機(jī)組位置間快速轉(zhuǎn)移，操縱性好。但起重船極其依賴天氣和波浪條件，對(duì)控制工期非常不利，現(xiàn)已較少使用。

表2. 歐洲海上風(fēng)電安裝船船隊(duì)情況

坐底式風(fēng)電安裝船，亦稱非自升非自航式平臺(tái)，一般應(yīng)用于沿海灘涂或極淺水域，依靠潮水退去或壓載系統(tǒng)將船體坐在海底，通過(guò)錨泊系統(tǒng)固定，然后進(jìn)行吊裝、安裝作業(yè)，優(yōu)點(diǎn)是穩(wěn)定性好，但受到作業(yè)水深限制，移位速度慢，對(duì)船底強(qiáng)度需特殊考慮。此種船型一般只應(yīng)用于潮間帶，使用面相對(duì)較窄，如“龍?jiān)凑袢A1號(hào)”。

非自航自升式平臺(tái)，目前應(yīng)用較為廣泛的海上風(fēng)電安裝裝備，一般配備起重吊機(jī)和4～8個(gè)樁腿，在到達(dá)施工現(xiàn)場(chǎng)之后樁腿插入海底固定平臺(tái)，通過(guò)液壓升降裝置可以調(diào)整駁船完全或部分露出水面，形成不受波浪影響的穩(wěn)定平臺(tái)，在平臺(tái)上起重吊機(jī)完成對(duì)風(fēng)電的吊裝。自升式平臺(tái)沒(méi)有自航設(shè)備，甲板寬大而開(kāi)闊、易于裝載風(fēng)電，駁船的面積決定一次性可以運(yùn)輸?shù)脑O(shè)備數(shù)量。對(duì)于單樁式基礎(chǔ)的安裝，只需在平臺(tái)上配備打樁機(jī)即可。但非自航自升式平臺(tái)的機(jī)動(dòng)性差，效率低，工作中遇到天氣驟變等惡劣情況無(wú)法及時(shí)躲避。

自航自升式安裝船。隨著風(fēng)電機(jī)組的不斷大型化，起重能力和起重高度的限制以及海況的復(fù)雜化使得傳統(tǒng)的起重安裝船舶無(wú)法滿足要求。在這種情況下，出現(xiàn)了兼具自升式平臺(tái)和浮式起重船舶的優(yōu)點(diǎn)，專門為風(fēng)電安裝而設(shè)計(jì)建造的集多功能于一體的自航自升式安裝船（或稱自航自升式平臺(tái)）。與其他三類安裝船舶相比，自航自升式安裝船具備一定的航速和可操縱性，可一次性運(yùn)載更多的風(fēng)機(jī)，具有打樁和吊裝功能，且安裝、移位速度較快，是當(dāng)前海上風(fēng)電安裝的首選裝備。

運(yùn)營(yíng)市場(chǎng)現(xiàn)狀

目前海上風(fēng)電商業(yè)開(kāi)發(fā)項(xiàng)目仍主要集中在歐洲和中國(guó)，歐洲作為海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)源地，持續(xù)引領(lǐng)全球海上風(fēng)電市場(chǎng)發(fā)展，而中國(guó)則是近些年來(lái)涌現(xiàn)出的新興市場(chǎng)代表。當(dāng)前全球在役的49艘海上風(fēng)電安裝船中，90%服務(wù)于歐洲和中國(guó)海上風(fēng)電項(xiàng)目。

早期歐洲的海上風(fēng)電安裝沒(méi)有專業(yè)的風(fēng)電安裝船，都是使用海洋油氣工業(yè)或者是海上施工行業(yè)的船舶或平臺(tái)，如起重船和非自航自升式平臺(tái)。第一代風(fēng)電安裝船并非是某種獨(dú)立船型，多是通過(guò)載運(yùn)貨物的工作駁船和起重船來(lái)聯(lián)合實(shí)施作業(yè)。第二代風(fēng)電安裝船具有自升功能的駁船或平臺(tái)，但不具有自航功能，例如MPI Offshore于2002年向我國(guó)山海關(guān)船廠訂造的“Mayflower Resolution”號(hào)（現(xiàn)名“MPI Resolution”）。該船設(shè)計(jì)以Gusto MSC的CJ50型自升式鉆井平臺(tái)為母型，除了安裝塔架、機(jī)艙和葉片之外，還可以安裝基礎(chǔ)，并能鋪設(shè)電纜。根據(jù)作業(yè)海域的天氣情況和風(fēng)電安裝船對(duì)天氣的適應(yīng)性，不同類型的風(fēng)電安裝船每年的作業(yè)天數(shù)差別很大。在歐洲地區(qū)，目前風(fēng)電安裝船的全年作業(yè)天數(shù)平均約為180天左右，而能夠適應(yīng)惡劣天氣的風(fēng)電安裝船全年作業(yè)天數(shù)可達(dá)260至290天。為提高惡劣天氣下作業(yè)天數(shù)，以歐洲為代表的船東開(kāi)發(fā)了集升降、運(yùn)輸、安裝等多種功能于一體的第三代風(fēng)電安裝船，如2012年迪拜Lamprell船廠為Fred. Olsen Windcarrier公司建造的“Brave Tern”號(hào)風(fēng)電安裝船，采用Gusto MSC NG-9000設(shè)計(jì)，甲板可運(yùn)輸10臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)，采用800噸起重機(jī)進(jìn)行海底安裝，專為北海作業(yè)設(shè)計(jì)。

表3. 國(guó)內(nèi)投入使用的海上風(fēng)電安裝船

據(jù)克拉克松統(tǒng)計(jì)，截至2019年4月初，歐洲共有22艘從事海上風(fēng)電安裝作業(yè)，并有1艘風(fēng)電安裝船在建，預(yù)計(jì)2022年交付。此外，歐洲海上風(fēng)電場(chǎng)施工還使用一些海上施工用的非自航自升式平臺(tái)，以及海洋油氣工業(yè)中一些高端的、具備風(fēng)電安裝功能的多功能自升式平臺(tái)。

歐洲海上風(fēng)電安裝船的船東大致可分為兩類：一類是專業(yè)的海上風(fēng)電場(chǎng)安裝公司，如丹麥的A2SEA公司；另一類是業(yè)務(wù)領(lǐng)域較廣泛的海洋工程公司，提供包括風(fēng)電場(chǎng)安裝在內(nèi)的各類海洋工程安裝、打撈等海上服務(wù)。從已投產(chǎn)的海上風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目來(lái)看，主要由丹麥的A2SEA、英國(guó)Vroon集團(tuán)旗下的MPI Offshore、英國(guó)的Seajacks等公司負(fù)責(zé)安裝。從當(dāng)前船隊(duì)情況來(lái)看，歐洲風(fēng)電安裝船主要承包商有英國(guó)Seajacks、荷蘭Van Oord、挪威Fred. Olsen Windcarrier和比利時(shí)GeoSea，四家風(fēng)電安裝船數(shù)量合計(jì)約占?xì)W洲船隊(duì)總規(guī)模的64%。

我國(guó)初期的海上風(fēng)電安裝與歐洲海上風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)剛起步階段一樣，也是使用海上施工行業(yè)的船舶或平臺(tái)。但隨著國(guó)內(nèi)海上風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)駛?cè)肟燔嚨?，近年?lái)建造了一批專用的風(fēng)電安裝船。截至2019年4月初，國(guó)內(nèi)投入使用的風(fēng)電安裝船共22艘，在建7艘，其中國(guó)內(nèi)海上風(fēng)電場(chǎng)主要由中交三航局、南通海建和龍?jiān)凑袢A等負(fù)責(zé)承建。

圖5. 中國(guó)船廠訂單來(lái)源分布情況

建造市場(chǎng)格局

海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，為風(fēng)電安裝船市場(chǎng)持續(xù)注入動(dòng)能。2001年以來(lái)，全球海上風(fēng)電安裝船新船訂造量累計(jì)達(dá)到61艘，年均3～4艘。特別是近十年，年均新船訂造量達(dá)到5艘。

在全球已建和在建的風(fēng)電安裝船中，有較多的船型設(shè)計(jì)由歐洲公司完成，其中30%采用Gusto MSC設(shè)計(jì)，另外還有采用德國(guó)Sietas Werft、丹麥Knud E. Hansen等歐洲公司設(shè)計(jì)。風(fēng)電安裝船建造基本由亞洲地區(qū)船廠承擔(dān)，其合計(jì)建造數(shù)量占全球下單總量的89%，其中我國(guó)的振華重工已累計(jì)承建6艘，南通中遠(yuǎn)海運(yùn)重工為5艘，韓通重工為4艘，招商局重工（江蘇）和黃埔文沖各3艘，山海關(guān)船廠、大洋海裝、啟東中遠(yuǎn)海運(yùn)重工、潤(rùn)邦海洋和廈船重工各2艘，招商局重工（深圳）、道達(dá)重工、蛟龍重工、舜天造船、馬尾船廠、乳山造船和靖江南洋各1艘。中國(guó)船廠之外，阿聯(lián)酋的Lamprell船廠累計(jì)承建6艘、Gulf Marine Services 為1艘，韓國(guó)的三星重工累計(jì)承建3艘、大宇造船海洋為2艘，日本聯(lián)合造船累計(jì)承接2艘，新加坡的吉寶遠(yuǎn)東船廠和Labroy Shipbuilding 各承接1艘。

從訂單來(lái)源看，中國(guó)船廠承接的風(fēng)電安裝船訂單主要是面向國(guó)內(nèi)市場(chǎng)。近年來(lái)，面向國(guó)內(nèi)市場(chǎng)建造的風(fēng)電安裝船數(shù)量逐步增長(zhǎng)，如振華重工、韓通重工、黃埔文沖、廈船重工等國(guó)內(nèi)船廠建造風(fēng)電安裝船基本面向國(guó)內(nèi)海上風(fēng)電安裝市場(chǎng)。根據(jù)克拉克松統(tǒng)計(jì)，截至2019年4月初，國(guó)內(nèi)共有13家船廠為國(guó)內(nèi)市場(chǎng)建造風(fēng)電安裝船，累計(jì)承接訂單量為28份，占全球在中國(guó)船廠下單總量的74%。此外，山海關(guān)船廠、南通中遠(yuǎn)海運(yùn)重工、招商局重工（深圳）、舜天造船和蛟龍重工等五家船廠建造的風(fēng)電安裝船均由歐洲船東訂造，面向歐洲海上風(fēng)電安裝市場(chǎng)。

近年來(lái)，歐洲公司設(shè)計(jì)、亞洲船廠建造的格局正在被逐漸打破。以我國(guó)為例，針對(duì)國(guó)內(nèi)海上風(fēng)電安裝的市場(chǎng)需求，國(guó)內(nèi)有一些設(shè)計(jì)院所和船廠提出了適合國(guó)內(nèi)需求、造價(jià)和配置的風(fēng)電安裝船設(shè)計(jì)，例如七〇八所為中國(guó)鐵建港航局設(shè)計(jì)的1300噸自升自航式風(fēng)電安裝船，中船重工民船研發(fā)中心為中船重工（天津）海工設(shè)計(jì)的“中船重工101”風(fēng)電安裝平臺(tái)，振華重工為龍?jiān)凑袢A設(shè)計(jì)建造的2500噸坐底式海上風(fēng)電安裝平臺(tái)，以及招商局重工（江蘇）為中天科技自主設(shè)計(jì)建造的“中天7”、“中天8”和“中天9”風(fēng)電安裝裝備。

未來(lái)市場(chǎng)展望

目前，在各國(guó)政府及相關(guān)機(jī)構(gòu)的積極推動(dòng)下，歐洲海上風(fēng)電發(fā)展活力不減，中國(guó)海上風(fēng)電建設(shè)如火如荼，同時(shí)也有更多的國(guó)家開(kāi)始發(fā)展海上風(fēng)電，海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)正在逐步走向全球化。2018年以來(lái)，德國(guó)政府提高海上風(fēng)電發(fā)展目標(biāo)，要求到2030年德國(guó)海上風(fēng)電總裝機(jī)至少達(dá)到20GW；法國(guó)政府積極推進(jìn)能源轉(zhuǎn)型，并提出了在2023年之前實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電量翻倍的目標(biāo)；英國(guó)政府發(fā)布海上風(fēng)電“產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略”規(guī)劃，其中明確提出海上風(fēng)電裝機(jī)容量將在2030年前達(dá)到3000萬(wàn)千瓦，為英國(guó)提供30%以上的電力；我國(guó)自然資源部和中國(guó)工商銀行發(fā)布《關(guān)于促進(jìn)海洋經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展的實(shí)施意見(jiàn)》，計(jì)劃五年提供1000億元融資額度促進(jìn)海上風(fēng)電等海洋經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展；日本政府計(jì)劃將可再生能源培育成主力電源，通過(guò)制定新法律和補(bǔ)貼制度來(lái)支持海上風(fēng)力發(fā)電事業(yè)；印度新能源和可再生能源部（MNRE）宣布該國(guó)計(jì)劃到2022年實(shí)現(xiàn)海上風(fēng)電裝機(jī)容量達(dá)5GW的短期目標(biāo)，到2030年實(shí)現(xiàn)海上風(fēng)電裝機(jī)容量達(dá)30GW的長(zhǎng)期目標(biāo)。同時(shí)，世界銀行表示將以新的500萬(wàn)美元計(jì)劃支持發(fā)展中國(guó)家海上風(fēng)電潛力評(píng)估，并與世界風(fēng)能協(xié)會(huì)合作開(kāi)發(fā)新興市場(chǎng)海上風(fēng)電項(xiàng)目。根據(jù)世界風(fēng)能協(xié)會(huì)（GWEC）的預(yù)測(cè)，至2023年，全球海上風(fēng)電場(chǎng)的新增裝機(jī)容量占全球新增風(fēng)電總裝機(jī)容量的比例將由2018年的8%提高到22%，未來(lái)海上風(fēng)電市場(chǎng)潛力巨大。隨著國(guó)內(nèi)外大批海上風(fēng)電項(xiàng)目進(jìn)入施工建設(shè)階段，當(dāng)前的船隊(duì)規(guī)模難以滿足海上風(fēng)電安裝需求，預(yù)計(jì)未來(lái)幾年內(nèi)仍將有一定規(guī)模的海上風(fēng)電安裝船新建需求釋放。

從船型發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，海上風(fēng)機(jī)單機(jī)功率不斷向大型化發(fā)展，以及海上風(fēng)電逐步向中深水邁進(jìn)，將不斷促進(jìn)海上風(fēng)電安裝船功能優(yōu)化提升。首先，風(fēng)電機(jī)組不斷大型化對(duì)風(fēng)電安裝船的甲板面積、吊重吊高、甲板載荷、定位以及打樁能力等方面也提出了更高的要求。其次，海上風(fēng)電建設(shè)向深水推進(jìn)，要求風(fēng)電安裝船的水深適應(yīng)能力逐步增強(qiáng)，特別是隨著漂浮式風(fēng)電機(jī)組逐步成熟，海上風(fēng)電安裝船的適用水深將進(jìn)一步加大，也將催生更多新船型。