随着传统海上风电场的发展空间日渐局促，海上风电产业正在进入新的领域，离岸更远、环境更为严苛，海底条件也更加恶劣。为此，海上风电产业集众家之长，启动了一项联合行业开发项目（JIP），以谋求在保证安全性的同时扩展新的作业理念和更加优化的运营局限。
对可再生能源日益增长的需求正不断推动海上风电行业的扩张，为第一轮装机浪潮留出的空间已所剩无几。近海风电场自然是首选，因为浅水区域的安装和维修更容易，对岸输电的距离也更短。“目前行业需要扩张到更远的地方”，GustoMSC B.V.的Andries Hofman表示，他是此项名为“底部冲击和部分淹没条件”联合行业开发项目的专业委员会主席。
适应新的海上风电市场
“海上风电在整个海上能源行业中仍然只占相对较小的比重，但我们看到世界各地的风电业务正在快速发展”，DNV海事浮式海上结构高级工程师Johannes Ottersen认为，“市场增量主要在美国和亚洲，以及更远海域的欧洲。海上风电在全球能源结构中仅为一小部分，但总体贡献有所增长。”项目合作方烟台中集来福士海洋工程有限公司也证实了全球增长趋势，“在中国，大型风力涡轮安装船（WTIV）拥有巨大的市场，部分订单已在谈判中。这些WTIV船将在水深50-60米、环境更为严苛的新风电场中作业”，烟台中集来福士的研发总监傅强说。“在中国，安装风力涡轮机时采用了半起升式作业法，未来还会有更多类似操作。我们对于底部冲击开展了一定的分析，但缺少实际数据的比对。我们还需要更合理的评估方法。为此，中集来福士很高兴能参与此项联合行业开发项目的研究，以提升WTIV船设计的能力。”
管理新的作业场景
安装海上风力发电机时运用了自升式平台。平台支腿下落至海床时会产生底部冲击。“安装平台航行至风场过程中，自升式支腿处于升起位置。然而当平台在作业区内转移位置时，支腿会降至支承位置，船体平台将经历升沉和横摇等移动”，Hofman解释，“这种移动会影响支腿的高度，并且不时地与海底发生接触。软土海底的冲击力较小，坚硬海床则会产生阻力，从而造成较大的冲击力。考虑到未来的风电场位置，我们预计海底土壤条件的变化将比当前能看到的要大得多。”
项目合作方Jan De Nul集团的安装分析团队负责人Geert Weymeis对此表示赞同：“在桩腿经历底部冲击以及从安装平台漂浮到起升的变化阶段通常是作业的关键部分，但目前我们还不清楚具体的操作局限。通过这个联合行业开发项目，我们目的是更好地了解这些现象，从而带来更优化、更安全的作业。”
海上更严苛的天气条件加剧了这个问题，Hofman解释，“更强的风力和更高的海浪会加剧底部冲击事件的发生，而更大的冲击可能损坏安装平台甚至货物。抵达安装现场的平台甲板上装有高达100米的涡轮塔，因此我们要尽最大限度地控制底部冲击。”
目的是为了满足未来几年的市场需求，他补充说。“我们会看到自升式平台的形式会被继续用于海上风电安装，而且我们需要安全作业。但为了扩大作业率，我们必须突破天气窗口和底部条件的界限。”
确定自升式平台的限制
“这涉及了钻井平台的生存特性”，Hofman说，“在每个项目开始之前，运营者都必须保证他们能在特定地点安全作业。每个地点都不一样，那么如何证实这一点？海床土壤调查和环境数据是其中一部分，并且必须与装置的设计能力相匹配。”
这是联合行业开发项目的关键任务之一，他解释。“我们希望通过统一的途径来满足可预测性的需求。大多数利益相关方不希望只依赖一家公司来获得信息。这也激励了船级社不局限于设计，而是参与海上作业阶段。”我们需要更好地了解自升式支腿和海床土壤之间的相互作用，包括水深的影响。“平台在浅水的表现不尽相同，我们需要确定影响的幅度。该联合行业开发项目将检视常规的方法，提炼出基本原则，让运营者能充满信心地分析每个个体情况。”
为分析支腿底部冲击和半升式工况设定标准
“自升式平台在下探阶段必须与天气限制结合起来，可能会导致漫长的‘等待天气好转’时间。这是风力涡轮行业的一大成本因素，因为几乎每天安装的地点都是新的”，Ottersen说。
为了充分了解支腿的底部冲击，需要有更进一步的分析，他认为。“船级批准的是天气限制，但没有通用的分析方法，也缺少船级社的导则。传统上认为作业程序由船长决定，取决于他们的航海技能与知识。现在，我们尝试制订一项标准，将船舶航向和海况纳入其中，并考虑不同的船舶运动和土壤条件。”
该联合行业开发项目将探索和提出程序，并提供如何开展分析的背景，在Ottersen看来，目的在于提供更为明晰的验收衡准和要求。“我们设定的作业限制往往基于简单评估。新的趋势是，通过更多先进的计算方法和更强大的计算能力来延长作业时间，人们对此表现出更大的兴趣。”
Deme集团旗下的Deme Offshore技术部的Franck Legerstee对此观点表示支持：“我们未来的一系列项目都涉及较长的波浪周期，这会加剧船体的运动，并造成更大的支腿冲击。对于如何在这些工况下确保安全高效作用，一直缺乏指导性的行业标准，因此我们认为该研究项目是一个巨大的机会，为制订统一且被全球接受的方法奠定基础，从而支持安全作业。”
联合行业开发项目把作业安全放在首位
“DNV很荣幸能运作这个项目，我们看到参与者都很乐于在这个平台上分享知识，并推动行业发展”，DNV海事咨询服务项目经理Antonio Goncalves表示，“很高兴能看到这么多参与方加入到联合工业开发项目中。这不仅为项目、也为合作方创造了很高的价值。我们汇聚了价值链上的诸多买家和供应商，通过共享经验和支持来创建新的程序和验收标准。”
在安全的前提下突破界限也极为重要，Andries Hofman指出。“该联合工业开发项目的最终目标是让作业变得更安全，能看到整个行业为此目标团结一心，我们感到非常振奋。项目合作方同时也是竞争对手或者是目标不一的利益相关方，但在这个项目中，我们齐心协力确保更安全的作业。”
代表OceanWinds的施工经理和安装工作组协调员Pedro Pereira和他的同事Pablo Alberte补充说：“海上风电行业必须再接再厉，进入那些土壤和气候条件更为严苛的区域，为了保障安全和绩效，我们需要创新和通用的行业方法。该联合工业开发项目及其参与方完全有能力应对挑战。”
安全部署WTIV的标准方法
该联合行业开发项目的首批调查结果将于2021年初公布，Hofman说，这些结果将决定项目其余部分的时间表。“我相信这代表着行业的重大发展。自二十一世纪初以来，随着作业数量的增加以及对作业标准需求的攀升，这一要求不断发展。到目前为止我们能确保安全，但人们对于风险的意识越来越强，为了提升发电容量，必须突破边界。”
他的观点得到了DNV油气Noble Denton海事服务首席专家Kevin Drake的支持：“该联合工业开发项目标志着向制订标准化方法迈出了重要一步，从而对安全高效部署WTIV的全行业风险进行一致评估。”
“到目前为止，各方的参与和贡献都相当积极”，Antonio Goncalves总结，“有了如此强大的团队和良好的协作，联合工业开发项目将为各方创造很高的价值，帮助我们为实现可持续的能源未来做出贡献，对此我非常有信心。”
来源：DNV船级社
