淺析風(fēng)力發(fā)電場拖航作業(yè)要點

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

關(guān)鍵詞：海上風(fēng)電;大豐風(fēng)力發(fā)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(huán)境日趨惡化的大背景下，風(fēng)力發(fā)電，特別是海上風(fēng)力發(fā)電作為可再生清潔能源，具有資源豐富、發(fā)電利用小時數(shù)高、不占用土地、靠近高負荷海濱地區(qū)電網(wǎng)和適宜大規(guī)模開發(fā)等優(yōu)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(fēng)力發(fā)電的發(fā)展。我國首個海上風(fēng)力發(fā)電項目——東海大橋海上風(fēng)場I期，從啟動建設(shè)到全部機組竣工并網(wǎng)僅用了20個月左右，創(chuàng)造了世界海上風(fēng)電項目建設(shè)最快速度的紀錄，由此也拉開了我國大規(guī)模建設(shè)海上風(fēng)力發(fā)電場的序幕。

由于海上風(fēng)力發(fā)電場地理位置的特殊性，需要大型船舶運載安裝設(shè)備進入現(xiàn)場裝卸、建設(shè)作業(yè)。海上風(fēng)電作業(yè)點主要在沿岸淺水區(qū)，水域環(huán)境復(fù)雜多變，拖航作業(yè)難度大，因此完善的航行計劃和良好的船藝是拖航作業(yè)得以順利完成的重要前提條件。

本文主要分享大豐風(fēng)力發(fā)電場的拖帶行程，為其他同行提供借鑒和參考。

1 拖航作業(yè)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(fēng)力發(fā)電場，地處海岸線50 km內(nèi)的沿岸海域，水深變化較大，多有淺點，底質(zhì)多有流沙，航海環(huán)境條件較差，海圖水深和實際存在較多誤差，航行區(qū)域水深5～15 m不等，在所有黃燈浮內(nèi)都是成排的風(fēng)力發(fā)電機組，水域交通環(huán)境復(fù)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(fēng)更換期，西北季風(fēng)強度逐漸減弱、風(fēng)力逐漸減小，但是陣風(fēng)7級的偏北風(fēng)也時有發(fā)生，只是持續(xù)時間相對較短。此時，西南季風(fēng)還沒有形成，卻也已經(jīng)開始影響北方冷空氣南侵的強度。由于沿海季風(fēng)轉(zhuǎn)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(huán)流影響較大，漲落潮流350°～170°方向回復(fù)流，流速2～3 kn，流速減弱時流向有所轉(zhuǎn)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(qū)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(fēng)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(xiàn)大兆瓦海上風(fēng)機基礎(chǔ)的空中翻身，最大作業(yè)水深達50 m，可儲存大量風(fēng)機設(shè)備，具備120人在海上工作居住，是目前世界上最大的風(fēng)電施工安轉(zhuǎn)平臺，也是中國海上風(fēng)電作業(yè)從淺海走向近海的關(guān)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(qū)域非船舶經(jīng)常航行區(qū)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(guān)重要。

“德意”輪需單船進入風(fēng)電場，將“龍源振華三號”從風(fēng)電場內(nèi)陸側(cè)拖出。航線設(shè)計時既要參考現(xiàn)有海圖資料，也要考慮現(xiàn)場風(fēng)電基座排布，盡量減少在風(fēng)機基座之間穿梭。航線設(shè)計好之后，安排拋錨艇測深儀監(jiān)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(guān)航海儀器上設(shè)置航線。

2.2 制定應(yīng)急預(yù)案

由于航線附近都是風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，風(fēng)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(fēng)機上的風(fēng)葉長度為60 m，如遇到海上風(fēng)力達到5級（8 m/s）以上，風(fēng)葉會隨風(fēng)力增加而轉(zhuǎn)動，給拖航作業(yè)增加難度。

另外，在所有航行中，兩個風(fēng)電發(fā)電機基座有效距離不超過500 m，需保留安全距離兩側(cè)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(fā)生的各種突發(fā)情況和故障，提前做好應(yīng)急措施并設(shè)置應(yīng)急預(yù)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(yīng)急預(yù)案

拖航途中若主拖船主機或全船斷電發(fā)生故障而無動力進行有效拖航時，主拖船應(yīng)急采取的措施包括，立即通知被拖船，啟動應(yīng)急設(shè)備保持船位穩(wěn)定在計劃航線附近，主拖船應(yīng)急拋錨，避免船舶受到風(fēng)、流的影響漂移，從而危害到風(fēng)電設(shè)備的安全（如有護航船應(yīng)立即采取有效措施穩(wěn)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(fēng)電基站安全時應(yīng)該果斷采取割斷主拖纜措施，被拖船啟動應(yīng)急設(shè)備，確保被拖船船位穩(wěn)定，從而保障風(fēng)電設(shè)備的安全。

發(fā)生主拖纜斷裂，要求被拖船立即啟動DP設(shè)備，并緊急啟動拋錨等相關(guān)措施，確?！褒堅凑袢A三號”的船位在航線附近，不影響海上風(fēng)電設(shè)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(xiàn)場。

2.2.3 被拖船應(yīng)急預(yù)案

在穿越風(fēng)電場拖航期間，要求被拖船航行值守，保持DP設(shè)備隨時啟動，以防突發(fā)事故發(fā)生時，穩(wěn)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(fēng)轉(zhuǎn)換，是我國沿海多霧季節(jié)。在航行途中，海上經(jīng)常起霧，導(dǎo)致能見度較低，對此專門設(shè)計了預(yù)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(yīng)當(dāng)使用雷達導(dǎo)航、測量船舶和風(fēng)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(fēng)電設(shè)備的安全。船舶在航時發(fā)生能見度變化時，應(yīng)立即啟動霧航制度。

在航行期間，整個拖航船隊若受到橫風(fēng)影響，由于海上風(fēng)力的增加已經(jīng)影響到船隊和風(fēng)力發(fā)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(dāng)修正風(fēng)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(shè)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(fēng)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(nèi)（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(xiàn)象，將危險到被拖船和基站的安全，為避免被拖船偏蕩現(xiàn)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(shè)備，或側(cè)推等船上現(xiàn)有設(shè)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(yù)防應(yīng)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(guān)的拖力要求，根據(jù)“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(qū)域內(nèi)接拖、起航，按照設(shè)計的航線航向穿過幾道風(fēng)電基站后離開風(fēng)力發(fā)電場（見圖3、圖4、圖5），進入空曠水域恢復(fù)常態(tài)化航行。

在起航之前，拖航船隊進行了充分的風(fēng)險評估，制定了較為完善的應(yīng)急預(yù)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(shè)備，隨時在危險時刻使用，機艙人員在檢查設(shè)備完好后就地待命。在船隊進入風(fēng)電場之前，通知被拖船準備進入基座區(qū)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(fā)生故障時刻，在航行速度3 kn狀態(tài)下拋雙錨固定船位不危及風(fēng)電設(shè)備。船隊開始穿越風(fēng)電基站時，修正風(fēng)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(fēng)電基座時，海面上出現(xiàn)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(shè)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(jiān)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(fēng)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(fēng)，風(fēng)力達到10.8～15.5 m/s，能見度轉(zhuǎn)好，視線也寬廣，但是風(fēng)力增加，也影響拖航船隊的整體船位存在偏航，及時修正風(fēng)流壓差，向上風(fēng)向糾正航行，保持航跡向在計劃航線上航行，并且適當(dāng)加大主機輸出功率，確保航行速度保持在3 kn航行，經(jīng)過幾個小時的航行，船隊拖離風(fēng)電場開始常規(guī)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(guān)資料。

4.3 做好應(yīng)急預(yù)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(yè)前，對各項作業(yè)的流程進行整理，按步驟做好風(fēng)險評估以及應(yīng)對措施，分析整個作業(yè)過程中可能遇到的風(fēng)險，比如說突發(fā)的天氣變化（大霧、陣風(fēng)等等）或者設(shè)備故障等，備好應(yīng)急預(yù)案，才能避免事故的發(fā)生。

4.4 注意風(fēng)流壓差

拖航與單船航行不同，拖航時航行速度慢，受風(fēng)面積大，及其被拖船容易受到風(fēng)流的影響，所以在拖航的過程中一定要控制好風(fēng)流壓差角，及時調(diào)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(fēng)電基站時，不能僅依靠航海設(shè)備航行，采用措施保持連續(xù)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(fēng)力影響擦碰下風(fēng)側(cè)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(jié) 語

在我國沿海風(fēng)力發(fā)電場實施拖航，在拖航的過程中會發(fā)生許多突發(fā)情況，務(wù)必要做好被拖船的穩(wěn)性計算，拖力點與主拖纜的匹配、拖航阻力計算、航線設(shè)計、應(yīng)急預(yù)案等，充分掌握現(xiàn)場和航線上的風(fēng)向風(fēng)力及流速流向，密切關(guān)注被拖船浮態(tài)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(fā)情況，積極克服困難，保持拖航船隊的良好狀態(tài)，方能在風(fēng)電基站之間安全穿越，順利抵達下一個風(fēng)電場。

作者簡介：

許火生，船長，（E-mail）coesxuhuosheng@163.com