海上风电安装船技术发展趋势及突围路径

田荣华

（中交第一航务工程局有限公司总承包工程分公司，天津 300461）

海上风电安装船是指将海上风机运输至相应的海上风电场进行安装的运输及安装工具，此类工具中往往有一定的定位设备和起重设备，以满足不同情况下海上风电项目的施工需求[1]。基于对运输和安装效率、安全性、性能和稳定性等多方位的要求，还应从强承载力、大甲板可使用面积、船只功能性拓展、不同工程下船只的普遍适用性与成本控制等方面出发，进一步优化与发展风电安装船技术[2]。

1 海上风电安装船技术的基本特点与重要意义

1.1 提升海上风机运输与安装效率

海上风机运输与安装是海上风电项目有效开展的重要环节。随着海上风电项目进入深远海，海上风电安装船技术的发展和适配应用都需要逐步加快。海上风机的运输与安装效率，可以结合不同的海情及时运输到风场进行适配安装，让安装人员根据运输船所配备的相关设备进行高效率安装、维修与保养，从而保障项目的初期施工和长期维护[3]。

1.2 为海上风电项目发展提供多元化可能

海上风电项目在实际发展过程中除了风机运输、安装外，还包括周边环境的实时监测以及其他基础性设施的建设等方面。海上风电安装船技术的逐步发展，不仅可以在实际完成海上风电项目时为工作人员提供更多便利，还可以进一步丰富项目功能，真正让海上风电发展多元化，打破现有条件的约束，从而得到更深层次的发展和突破[4]。

1.3 强化海上风力资源的深度挖掘

海上风电安装船技术的进一步发展与革新，意味着可以结合不同海情挖掘更为广阔海域的风力资源。结合安装船可驶入的地点和安装作业开展的相关保护措施进行综合考量，让更多海域项目的实施成为可能，进一步强化与实现海上风力资源的深度挖掘。技术是决定工程项目发展上限的关键内容，除了安装船的相关技术革新外，风机的具体研发、海上风电建筑结构稳定性的进一步优化等都对海上风力资源的深度挖掘具有积极意义。

2 海上风电安装船技术的发展现状

2.1 产品设计与制造缺乏沟通

目前，安装船技术发展过程中，产品设计与制造存在一定程度的沟通缺失。从已建成的风电安装船来看，很多船型设计是根据沿海或近海航区小兆瓦风机拟实施的。但是，随着我国海上风电建设的迅猛发展，施工海域迈向深远海，风机也向着大兆瓦主机发展，这意味着在现有的风电安装船中，有很大一部分无法满足我国海上风电未来的发展趋势[5]。由于安装船的技术发展未能跟上海上风电技术研发的步伐，近年来国内海上风电安装船面临出厂即需返厂改造的情况，以适应新项目中施工海域离岸更远、水深更深、吊重需求更大的要求。在安装船实际应用过程中，出现部分技术不够完善、功能性体现不够全面等情况，造成相应成本增加[6]。

2.2 船只数量存在需求缺口

海上风电产业的发展速度迅猛，存在多个项目共用海上风电安装船的情况。目前海上风电安装船的数量、技术性能已经很难满足我国海上风电施工项目的实际使用需求，在后续的维修及检查过程中，风电安装船的实际应用需要通过一定的合作与商议实现[7]。同时，在船只数量上仍然存在一定的需求缺口，这是因为风电安装船受到各项技术参数的限制，很难在未来深远海海域、大兆瓦主机吊装的需求下进行使用，而且使用局限性较强。

2.3 跨领域合作交流不足

随着科学技术的高速发展，机械设备在其他领域的应用融合也屡见不鲜。但是，海上风电安装船在实际安装过程中，由于兼顾保密性和功能性等原因，跨领域合作相对有限，这使得风电安装船在技术研发和功能开发与实现过程中很难与其他领域优势相结合，使得安装船为项目提供的帮助存在维度限制。

3 海上风电安装船技术的发展趋势

3.1 适应条件宽容化

海上风电安装船为了满足不同情况下的使用要求，让更多的项目能够应用同一安装船进行作业，需要进一步调整海上风电建设过程中安装船的适用水深。通过优化内部结构、提升船身可承载的侧面压力以及有效选择所用材料，使得安装船除了适应浅水区的作业外，还能够开展深海区域的风电项目，让更多海域的海上风力资源得到有效利用，为可再生能源的开发和技术发展提供良好的先决条件[8]。我国海上风电正逐渐走向深远海，截至2022 年12 月，已有82 个平价海上风电项目共计51 GW 稳步推进中。这些平价海上风电项目离岸距离在2.6 ～120 km，水深范围在5 ～90 m。从离岸距离看，这些海上风电项目有近1/2超过30 km。从水深角度看，这些海上风电项目有近1/2 超过30 m。从省份角度看，这些平价海上风电项目中，江苏省项目离岸距离均超过30 km，广东省项目水深大部分在30 m 以上，辽宁省项目离岸距离在30 km 左右，海南省水深大部分超过30 m，离岸距离超过30 km[2]。未来风电场的适用水深范围将进一步扩大，这意味着海上风电安装船需要满足更大范围的作业水深。

在现有投入使用的风电安装船中，以启东中远海运为比利时海上风电巨头Jan De Nul 集团建造的“Voltaire”号最为领先。“Voltaire”号船长181 m、船宽60 m、型深14.6 m、桩腿高度131.94 m，主吊起重能力3 200 t，项目设计4 条桩腿，配备DP2 动力定位系统，适用于18 ～20 MW 海上风机安装。项目甲板有效载荷约14 000 t，生活区可容纳110人居住，可在80 m 以下水深内进行作业[9]。该自升式起重机专为运输、吊装和安装下一代海上风机、过渡件和基础而设计。

相较于初代海上风电安装船，当前的安装船进行了相应优化，在采用自升式船型的同时，将船只长度控制在50 ～200 m。通过装配式技术的引用和可升降装载量的实际调整，让海上风电安装船的适用条件更加宽容，这也是未来海上风电安装船技术发展的一大趋势。

3.2 承载能力更强与甲板面积扩大

海上风机需要占用的体积相对较大，而且在实际风机设计与运输过程中需考虑运输安全性、稳定性以及在主甲板上进行操作时的可调整性等，主甲板的面积应得到进一步的扩大，才能满足多样化的设备运输和安装需求。因此，在安装船设计与技术开发过程中应合理增大主甲板的可利用面积，同时提升主甲板的综合承载力，提高安装船可运输的风机设备种类和数量，让工作人员能够在更宽大的主甲板上进行较高自由度的工作实施，进一步提高风机设备运输与安装过程中的容错率。例如，“Voltaire”风电安装船的甲板有效载荷约14 000 t，可以有效增加海上风电安装船所能承载的海上风机数量，也可以让海上风机的研发与制作有更大的调整空间。

3.3 应急技术的优化与发展

海上风电运输船在实际作业过程中，基于船只状态和周边海域综合情况的变化，需要合理应对多类紧急情况，如船只碰撞后的紧急修复、海上风机的紧急转移和遇险保存、船上工作人员的紧急逃生与疏散等，这些都是应急技术优化与发展的考虑方向。只有充分优化海上风电安装船应急技术，才能为海上风电项目施工人员的人身安全提供更加良好的保障，进一步降低海上风电项目实施时的风险，从而将紧急情况下造成的损失降至最低。

4 海上风电安装船技术突围路径

4.1 强化技术交流与合作

海上风电安装船在实际使用过程中会涉及不同领域的关键技术要点探讨，而其中的技术瓶颈也需要通过更为合理的分析予以突破。例如，目前常见的海上风电安装船适用水域仅能达到60 m，在可抵抗压力和风险因素等方面的考虑还不够深刻。相关内部结构的设计可以与其他国家的企业进行信息分享与交流，通过技术合作，使得风电安装船的制造和使用能够符合不断发展的新能源开发与使用的时代性要求。通过增进交流与互信，为海上风电项目的长期发展与可再生能源的深度挖掘奠定良好基础[10]。

4.2 实现跨领域技术融合

为了真正实现海上风电安装船技术的突破与发展，要结合其他领域的技术进一步丰富安装船的功能。通过有效手段提升主甲板的承载力和可利用面积后，对于生活区域的具体划分与结构设计，利用人工智能技术提升海上风电安装船的条件监测与信息交互，以大数据技术对当前情况进行风险评估。另外，航行时间的预测等可以在一定程度上提高海上风电安装船的工作效率，为海上风电项目的持续开展提供良好保障。只有真正融合多领域技术，通过多维度进行考量，实现功能更为丰富、运输及安装效率更高的海上风电安装船研发，才能真正让更多的海上风电项目构想成为可能[11]。

4.3 实现海上风电安装船研发和使用的规范化管理

海上风电安装船实际研发和使用过程中，往往需要通过严格的参数和具体的使用验证才能够满足不同的使用要求，使得使用中的安全性和功能性得到更为良好的保证。在“十四五”规划中，对于可再生能源的发展规划也涉及海上风电产业的相关内容。但是，我国海上风电安装船的实际设计、制造与使用还缺乏相关的可执行规范，在实际操作和应用中，会使得人员在进行海上风电安装船的具体使用、日常维修和紧急情况处理时缺乏可参照性的具体内容，因此需要对海上风电安装船的研发和使用进行规范化管理，制定具有普遍使用意义的规范和标准，使得海上风电安装船的实际研发和使用能够更具有目的性和针对性[12]。

5 结语

海上风电安装船作为海上风电项目具体实施过程中的关键设备，对于提升海上工作人员效率、海上风机运输和安装效果都具有一定的促进意义。海上风电安装船的技术发展与跨领域的技术融合，可以使海上风电安装船满足工程项目的更多需求，真正打破传统意义上风电安装开展的条件限制，以更加规范合理的方式进行海上风机安装作业，为海上风力资源利用为代表的可再生能源的开发与利用提供更多可能。