海上风电场施工移船安全保障分析赵峰

海上风电场施工移船安全保障分析赵峰

赵峰

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摘要：本文将以江苏龙源蒋家沙300MW海上风电场项目（后文简称为“蒋家沙项目”）施工过程为例，通过对海上风电场施工移船安全保障进行分析与思考，力求确保海上风电场施工安全，为今后陆续开展的海上风电工程提供参考。

1引言

我国拥有发展海上风电的天然优势，海岸线长达1.8万公里，可利用海域面积300多万平方公里，海上风能资源丰富。根据中国风能协会的统计，2016年起我国海上风电新增装机（吊装量）154台，容量达到59万千瓦，比上年增长64%，累计装机量达到163万千瓦，超过北欧风电强国丹麦，排在全球海上风电装机榜单第三位。而我国陆地风电主要位于我国西北部，当地消耗能力有限，对外输送有赖于特高压输电线路建设的现状。海上风电可发展区域主要集中在我国东部沿海地区，大力发展海上风电，不仅可以满足东部用电需求，陆、海风电相结合，更会加快我国绿色发电的步伐。更重要的是，海上风电是我国“一带一路”倡议及“十三五”新能源规划的重点产业，是推动沿海经济发达地区能源转型的重要手段。

海上风电尽管迎来了较好的政策环境和市场机遇，但是我国海上风电发展仍面临诸多挑战，从安全层面来说，建设阶段需要大吨位船舶之间协同配合，移船过程中所遇到的难点问题就是需要考虑的问题。本文将以江苏龙源蒋家沙300MW海上风电场项目（后文简称为“蒋家沙项目”）施工过程为例，通过对海上风电场施工移船安全保障进行分析与思考，力求确保海上风电场施工安全，为今后陆续开展的海上风电工程提供参考。

2蒋家沙项目概况

蒋家沙项目位于江苏省省管区内的蒋家沙，风电场中心离岸距离17km，海底高程-11～1m，局部有沟槽。风电场形状呈不规则多边形，东西长约为22km，南北宽约为7km，规划面积100km2。本工程总装机规模为300MW，布置75台单机容量4.0MW的风电机组。

本风电场配套建设一座220kV升压变电站，以2根220kV海缆线路送出，再转架空线后就近接入电网系统。风电场电能送出推荐方案采用220kV海上升压站-陆上集控中心型式。

风电场220kV海上升压站至陆上集控中心的220kV海缆线路，采用2根3×500mm2三芯220kV海缆传送300MW海上风电场容量，220kV海缆登陆点位于海安外侧海堤。

工程场区平面图

3影响海上风电场移船安全的主要因素

3.1气象

根据如东气象站多年长期观测资料统计，多年平均气温为15.4℃，多年平均气压为1015.8hPa，多年平均水汽压为16.0hPa，多年平均相对湿度79％，多年平均空气密度为1.223kg/m3。实测最大风速为20.0m/s，相应风向为ESE，出现在1983年6月3日；实测极大风速为31.5m/s，相应风向为W，出现在2000年5月12日。气象站多年平均雷暴天数为30.8d，多年平均暴雨天数为3.0d，多年平均大风天数为8.7d，多年平均冰雹天数为0.3d。

大数据时代，监测数据既反映平均状况，也反映极端情况，依靠着数据的支撑为海上移船安全提供保证，气象的变化因为不断的观测记录，是一种稳定准确率较高的数据，可以在恶劣天气来临前就先安排船只的退场，避免损失。但是大部分极端天气却又是局部性的，极难预测，这种小概率发生的事件，对于追求本质安全来说却是必须要考虑的。

3.2风况

根据收集到的参证气象站资料，如东气象站1959～2003年多年平均风速为3.50m/s，其中1959～1969年多年平均风速为4.05m/s，1970～1997年多年平均风速为3.27m/s，1998～2003年多年平均风速为3.53m/s，改为自动站测风后2003～2010年平均风速为3.03m/s。从历年年平均风速看，风速变化范围较大，这就造工程船舶施工易受风况影响，特别是台风或季后风影响。蒋家沙项目所采用的施工船是无动力船舶，移船过程中需要锚艇和拖轮的协同配合，移船工作比起动力船要更加的繁琐。风速范围较大导致施工移船的频率相对较多，如果不及时采取有效措施加以控制和消除，就有可能发生人员伤亡和船机损毁事故。

3.3潮汐

水尺观测的基准点自国家高程基准点（等级不低于四等）进行高精度水准引测得到。对专用潮位站2014年1月~2014年12月逐时潮位资料进行调和分析计算，并结合周边其它验潮站的已有资料进行综合分析后得知，该站的平均海平面位于1985国家高程基准以上0.30m，理论深度基准面位于平均海平面以下3.86m，基面关系如图所示。

工程海域基面关系示意图

目前国内规模化开发的海上风电场，均在平均水深不足5米的潮间带。潮间带的特点：沿海滩涂地是似海非海、似路非路的特定区域，是界于高潮线与低潮线之间的地带，也就是从海水张至最高时所淹没的地方开始至潮水退到最低时露出水面的范围，也称为潮间带或海涂。江苏沿海滩涂属于淤泥质型海岸，主要是由细颗粒的淤泥组成，滩面地耐力承载力很小，常规施工机械、运输设备根本无法直接进入，经过过往几年国内率先进入风电领域行业专家对潮间带风电场施工工艺的摸索与改进，创造了涨潮时可以用船运输设备及施工船只移船、进出场，落潮时坐滩施工的施工手段。这就需要密切关注潮位潮高的变化，在高平潮施工的时候，移船过程中可能会发生旋转中的风机叶片击打到施工船体的事故，在退潮时，因为施工船舶吃水较深，移船不及时可能会发生船舶搁浅的情况，不仅会影响后续施工还可能造成设备修复，风机叶片修复的损失。

升压站初露滩面

3.4波浪

如东监测站数据显示该站全年有效波高（Hs）平均值为0.56m，最大波高（Hmax）最大值为3.89m，周期（）平均值为2.80s，最大值为6.00s。从有效波高（Hs）平均值看，总体较小，在0.44~0.87m之间。从最大波（Hmax）的最大值看，8月份出现全年最大值3.89m，发生时间为2012年8月28日09：00。周期（）的平均值和最大值各月变化均不大，分别在2.60~3.30s和4.50~6.00s之间。该站全年以小浪为主，出现频率共占50.29%；其次为轻浪，出现频率为45.38%；大浪出现频率很小，仅占0.01%。

蒋家沙所属海域，常年以小到轻浪为主。船舶施工技术的日趋完善和施工海域区段施工期间的封锁，施工移船的风险已经很小，但大风浪对于船舶的影响，仍然是主要危害之一。蒋家沙项目所使用的建基3001施工船舶，总长63.3m，宽22m，型深4.5m，满载排水量2813t，空载吃水2.32m。对于一般风况变化，可选择原地抛锚抗风，但是因风况变化造成的波浪骤然增大或者涌浪情况，极易造成锚钢丝断裂、走锚等现象，造成撞船或者撞击风机导致人员和财产损失。

3.5海流

蒋家沙项目建基3001移船主要采取拖轮拖带或绑拖两种方式，到预定路由抛锚停泊。因地处潮间带的原因，必须在每天两次涨潮退潮之间完成移船工作方能继续开展后续的施工。涨落潮时，流速增大；正横方向来流，由于船舶横截面受水流冲击最大，将导致船舶横向漂移更为明显；反之，首尾方向来流，船舶受水流冲击力较小；因此，为防止船舶出现锚钢丝断裂或走锚现象，宜采取船舶首尾顶流，并在迎水流侧加抛锚的措施。

3.6泥沙

水体的含沙量的变化受制于地形、潮流、径流、波浪、水深、风速和底质等诸多因素，不同海域的含沙量有较明显的变化。蒋家沙施工区段地处潮间带，悬浮海中的泥沙常年堆积产生淤泥，移船过程稍有不甚，或水深估计不足就容易发生船只搁浅，特别是大风过后，航道水深可能会有较大变化，淤泥较高的区段也会随之发生变化。搁浅不仅耽误工期，遭遇极端天气也不能及时退场，更严重的是泥沙松软导致搁浅的船只受力不均，发生船体断裂的情况。

4安全保障

4.1成立水上施工作业调度指挥中心

以蒋家沙项目为例，蒋家沙项目部及其余施工方会同业主，成立水上施工作业调度指挥中心，根据施工进度要求，负责船舶统一调度和管理，所有船舶服从调度员及业主的统一指挥，调度指挥中心的职责包括：

①调控船舶交通流，通过一定的信息公告和交通管制方式，提醒周围船只在施工期间在施工区域外绕行，禁止直接从施工区域驶过。

②根据工程施工进展和周围环境的变化，规划各类船舶进出施工区域的航线，各施工方统筹协调，制定和调整施工水域的航行避让、锚泊等规定，避免各施工方船舶随意航行、停泊而威胁到工程或其他船舶安全。各施工方船队应确定领航船，并在航行中增加人员瞭望。如东项目施工区段就曾发生过施工方船队与风机碰撞事件：某船队接到调度中心大风通知前往避风途中，由于大风来临影响，海上升起大雾，能见度较差，船队之中未具体明确哪艘船为领航船只，致使意见难以统一、命令执行延误，在穿越两座风机时，对风况、海浪估计不足，造成风机两片叶片击打到船体损坏。

③根据值班拖轮反馈的信息，在船舶及人员发生紧急情况时，指挥协调抢救力量赶赴第一现场进行抢救。

④收集天气水文预报、航行和航海通告、台风预警，及时监测掌握气象信息、潮汐时间表、海图图书资料，施工区域淤泥分布资料、波浪、流速情况等重要信息，及时与施工船舶沟通联系。

⑤调度指挥中心在下达包括进出场、移船等任务指令时，应根据船舶类型、技术性能、施工水域环境等，合理调度使用，并同时下达安全生产注意事项。

4.2应对影响海上风电场移船安全的对策

4.2.1应对气象、风况、潮汐、波浪影响的对策

随着现代科学技术水平的提升，各种高科技设备监测手段代替了以往人工依靠经验判断各种气象、风况、潮汐规律，并不断通过监测统计得出数据，譬如：电子海图、AIS、GPS、数字风速仪等仪器使海上施工能在相对稳定的环境下进入施工现场，并在恶劣条件来临前及时撤场。

蒋家沙项目协同各施工方及业主成立的水上施工作业调度指挥中心，及时收集各监测站给予的气象、风况、潮汐、波浪等信息，并及时与施工船舶沟通联系，在施工移船过程中根据建基3001的船体高度、宽度、吃水深度制定合理的施工计划，避开潜在的搁浅、高潮位风机击打到船体等风险。调度指挥中心同时会针对气象、风况、波浪监测数据，在大风浪、极端天气来临前通过船舶自带的甚高频设备、移动电话或微信等网络平台播报大风、大浪、极端天气预警，并通过调度指挥中心的安排，及时撤场，保障海上风电场施工、移船的安全。

4.2.2应对海流影响的对策

建基3001施工船舶属于无动力船舶，移船需要拖轮的协助，移船过程中不仅要保持船体始终在施工规划的路由线路上，还要克服横流，不断修正拖带方向。为了始终把船舶控制在路由线路上，拖轮必须保持与被拖船联系畅通，发现问题及时沟通，时刻注意船位的变化，一旦发生偏离尽早采取措施。拖带无动力船舶首先要合理运用雷达、电子海图和GPS/AIS自动定位导航系统，其次要实时根据不同时段的流向、流速，不断修正航向、合理预配流压角，确保施工船舶始终保持在预定的路由上。

4.2.3应对泥沙影响的对策

波浪掀沙、潮流输沙是泥沙运动的主要形式。一般天气情况下，施工区域海域水体表层含沙量总体较少，大风天施工海域含沙量明显增大，大风天气条件的不同，海区水体表层含沙浓度差别较大。导致大风过后，航道水深可能由于泥沙变化有较大变化。以蒋家沙项目附近海域船只为例，大风过后，由于驾驶人员对水域通航环境和水深、泥沙的估计不足，时有搁浅事故发生。过往船只的事故给项目部提供了警醒，在项目伊始，编制施工组织设计时，便将泥沙纳入影响因素之一，制定了应对措施。包括及时查阅海图图书资料，及时收取航行警告和通告，成立的调度中心也会及时将掌握的航道淤泥资料告知正在移船的施工船只，以免发生搁浅事故，从而造成更大的损失。

4.2.4险情应急对策

为保障施工移船的安全，项目部针对各种可能发生的意外险情或事故制定相应的应急预案，应急处置方案包括：（1）人员落水应急处置措施；（2）船舶碰撞事故应急处置措施；（3）船舶搁浅应急处置措施；（4）船舶失控应急处置措施；（5）船舶有沉没危险时的应急处置措施；（6）船舶防台、抗台的应急处置方案等；（7）极端气候应急预案等。

事故发生后，为尽量降低损失，需要充足而有效的应急资源，应急资源可分为狭义和广义两种。狭义的应急资源指为应急救助提供所需的各种物资资源，广义的应急资源包括通信保障、医疗卫生保障、物资保障、交通运输、人力资源、财力资源、信息资源、技术资源等。项目部针对施工可能发生的各种事故，统筹配备应急物资，为移船过程中突发事故灾难应急救助提供更好的应急保障。

5结束语

海上风电场施工移船的安全需要在统一指挥、各方协助、充分的准备工作以及统筹协调等方面的保障前提下，方能圆满完成。由于施工内容、施工方案及所处的海域环境不同，具体的水上水下工程中移船安全的风险也不相同，以蒋家沙项目为例的海上风电场移船安全保障分析可作参考。施工单位要结合工程实际，积极与业主单位、海事等主管机关等沟通协商，建立完善的管理制度，才能最大限度减少移船过程中的风险。

参考文献：

[1]浅谈江苏东台风电场潮间带施工

[2]浅论潍坊港泥沙淤积、海流及海冰对船舶航行的影响及对策

[3]施工船舶对通航安全的影响及管理