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海上风电风险分析和防控

进入2020年以来,也已发生多起安全事故,包括吊机折臂、起重机失稳、运输事故、火灾等等。其中最重大的事故是2020年9月13日,广东某海上风电项目在单桩基础施工时发生一起起重船大臂折断事故。据悉,事故原因可能是起重制动器某关键部件损坏或者溜桩导致的起重负荷突然增大。在工期的巨大压力下,再次敲响了安全警钟。本文结合近期的事故对海上风电的常规风险进行梳理,以及一般防控措施的总结。

1.中国海上风电市场

2019年,中国海上风电新增装机分布在江苏、广东、福建、辽宁、河北、浙江和上海七省市。其中江苏新增海上风电装机容量达1.6 GW,占全国新增装机容量的64%,其次分别为广东14%、福建8%、辽宁6%、河北5%、浙江 3%。截至2019年底,江苏省海上风电累计装机容量突破 4.7 GW,占全部海上风电累计装机容量的 67%。其次为福建,占比达到 7.0%,广东占比为 6.5%,上海占 比 5.9%,河北占比 4.2%,其余4省累计装机容量占比合计约为 9.2%(图 2)。目前,全国 11 个沿海省份均开展了海上风电规划研究工作,江苏、福建、山东、广东、浙江、上海、河北、海南和辽宁九个省份编制了海上风电发展规划并获得了国家能源局的批复。

图2  中国沿海各省(市)海上风电累计装机分布,数据截至2019年底

2. 海上风电常见风险

2.1 自然灾害风险

提及海上风电的风险,首先被注意到的就是台风、雷击、地震等自然灾害风险。其中又以台风风险被关注的最多。我国东南部沿海每年都是台风的高发区域,同时台风又是早期发展海上风电的欧洲国家所罕见的天气情况,我们并没有太多的经验可以借鉴,所以增加了人们对于台风风险的忧虑。可喜的是自2010年第一个海上风电场建成以来,并没有发生由于台风因素造成的海上风机倒塔等严重事故。各风机制造商不断推出“抗台型“风机,并且在实践中不断的进行技术改进。

风险防控措施

风机设计要根据新版的设计规范对于台风下的载荷进行准确的计算和充分的安全余量考量。

对于偏航、变桨等核心部件的性能设计、生产质量予以重点关注,保证在台风状态下,风机可以按设计的控制策略运行。

对于台风的运动轨迹予以密切的追踪,在24-48小时前完成抗击台风必要的准备工作,包括:检查各风机运行状态、电网状态、备用电源,对特殊部件进行加固等。

当有强台风来袭时,需要停机,叶片变桨至顺桨角度,并进入自动偏航模式,实时以风轮正面对准风向,保证台风对风轮的载荷最小。

2.2海缆损坏风险

在多个统计途径中,海缆损坏的风险都是损失占比最大的风险,通常可以达到80%。甚至有欧洲风电专家认为平均每两个风电场就会发生一次海缆的损坏。其中最常见的风险就是由于扑鱼活动、船舶落锚等外力破坏,除此外地质变化、接入保护、海缆质量也会对海缆的安全性产生影响。

风险防控措施

对于捕鱼活动频繁、船舶主要通行区域的海域,要对海缆的安全性给与特别的重视,保证电缆挖掘的深度,避免不可预测的外力破坏。

对于海水冲刷等因素要进行特别考虑,避免一定时间后海缆暴露导致的风险。

对于海缆登陆段加强防护,对于风机接入段采用J型管等特殊防护以避免弯折造成的破坏。

2.3基础施工风险

在海上风电基础施工中,由于海底地质的复杂性等因素,最常见的重大风险就是溜桩和据锤。例如在今年台湾海上风电场发生的溜桩事故。据锤或者溜桩都会造成打桩锤和桩的损坏,同时对于工期产生较大的影响。

风险防控措施

对于海底的岩土勘探更加细致准确,在设计方案中对于勘探和施工的不确定性予以充分的考虑。

合理选择打桩锤,合理选择施工工序。

加强现场沉桩监测。

2.4起重作业风险

起重作业覆盖海上风电全部环节,基础、升压站、风机、海缆、部件运输、工具转运。起重作业涉及的人员、工装、工具都比较多,作业时间长。海上风电工程结构复杂,交叉作业施工经常性存在。特种作业包括电焊(气割)作业、起重吊装作业、钻机作业等,结合吊物尺寸大、重量大、结构非标等特点导致作业过程危险性较大,对于现场的安全管理有很高的要求。

风险防控措施

制定严格的起重计划,对于起重的能力、路径、时间、辅助作业的安排、天气限制、场地限制、通讯沟通进行科学的安排。

每一钩开始作业前,对于起重设备、工装、工具由有资质的人员进行检查;对于起钩的动作、人员配备、岗位职责、应急安排在班前会中一一确认。

严格执行起重纪律,不违规施工,不野蛮作业。

2.5火灾风险

火灾一直以来都是海上风电需要面对的主要风险源之一。据统计,全球由于火灾导致的陆上和海上风电场发电损失占全部原因的10%到30%。无论是风机本体、还是升压站、运维船,都需要采取有效的防火、救火措施,以免火灾造成巨大的人员和财产损失。

风险防控措施

在抢装的特殊时期,对于设备的防火必须特别重视。由于实际卖方市场的形成,可能给产品的质量造成一定的隐患。对于防雷击,电气安全,油品泄漏,机械摩擦等要素特别关注。

对于施工阶段的防火要特别设计,比如灭火器的配备,动火作业的管理,动火点的安排,人员的管理等。

3.典型海上风电事故案例

近年来国内外已发生多起严重的海上风电风险事故,本文选取若干个具有代表性的案例,简要介绍如下。

案例1

2020年9月13日,国内某能源集团广东500MW海上风电项目在单桩基础施工时发生一起起重船大臂折断事故。

案例2

2020年7月8日,国内某新能源装备公司旗下的海工平台在作业过程中发生安装船倾斜,导致海水漫浸事故。

案例3

2020年6月15日,台湾一在建海上风场发生一起安全事故,一艘重吊船在基础打桩施工过程中发生桩锤坠落。

案例4

2020年5月2日,德国某码头一艘在建的海上风电安装船发生严重事故,船上起重机在载荷测试期间拦腰折断,船体损坏,多人轻伤。

案例5

2017年8月23日,受台风“天鸽”影响,某船舶走锚失控触碰珠海桂山海上风电场02#风力发电机基础,导致货舱进水沉没,同时02#风机基础严重损毁。

案例6

2017年8月4日,位于丹麦西部日德兰地区Osterild试验风场的一台8MW级海上风电机组样机起火。没有人员伤亡,起火原因不明。

案例7

2017年7月14日,江苏省黄海海域发生强雷电天气,施工中的某电力集团滨海北区400MW海上风电场工程海上升压站一层平台35kV电缆发生爆燃。

来源:知腾风险管理

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