DNV與業(yè)界伙伴一起在更嚴(yán)酷的環(huán)境中實(shí)現(xiàn)海上風(fēng)電安裝安全作業(yè)開發(fā)了新的理論框架。這項(xiàng)工作是關(guān)于底部沖擊和部分淹沒條件的聯(lián)合工業(yè)開發(fā)項(xiàng)目（JIP）第一階段的成果。第二階段將邀請(qǐng)更多新的合作伙伴加入，并將專注于模型驗(yàn)證并建立通用且實(shí)用的推薦指南。

由于風(fēng)電安裝平臺(tái)（WTIV）的支腿與海底存在嚴(yán)重沖擊風(fēng)險(xiǎn)，導(dǎo)致船體或貨物的結(jié)構(gòu)損壞，因此當(dāng)前海上風(fēng)機(jī)的安裝只能在極佳的天氣條件下開展。

如果天氣變?cè)悖惭b船必須等到天氣好轉(zhuǎn)后才能復(fù)工。“然而，高昂的日租金導(dǎo)致延誤成本非常高，而且隨著行業(yè)逐步走向天氣更惡劣、海床（土壤）條件更嚴(yán)苛的新領(lǐng)域，擴(kuò)大作業(yè)窗口以便更有效地開展作業(yè)的壓力也隨之加大”，JIP專業(yè)委員會(huì)主席、來自GustoMSC的Andries Hofman表示。

此外，有地震風(fēng)險(xiǎn)的地區(qū)也需要新的操作理念，例如在半起升工況下通過WTIV操作起重機(jī)。

JIP開啟了WTIV安全與高效作業(yè)的通用路徑

由于缺少船級(jí)社指南和合適的模型來充分了解和評(píng)估安裝平臺(tái)在半起升工況下的底部沖擊力及操作情況，這項(xiàng)JIP于2020年11月誕生。“目的是研究WTIV的操作極限以及潛在的新操作理念。

在推動(dòng)能源安全的過程中，降低安裝成本對(duì)于減少海上風(fēng)能平準(zhǔn)化成本來說至關(guān)重要。但在這個(gè)‘時(shí)間就是金錢’的過程驅(qū)動(dòng)型行業(yè)里，突破建立在正確知識(shí)基礎(chǔ)上的邊界極為關(guān)鍵。如果僅靠有限的數(shù)據(jù)就想這么做是相當(dāng)冒險(xiǎn)的”，Hofman說。

第一階段開展的工作

在JIP所有參與方的共同輸入下，DNV開發(fā)了一個(gè)精準(zhǔn)預(yù)測(cè)底部沖擊力的數(shù)值模型。操作者能評(píng)估各種情形下的極限海況，安全下放自升式支腿，并且沒有船舶、貨物或環(huán)境受破壞的風(fēng)險(xiǎn)，也不會(huì)危及船員。它適用于現(xiàn)有和新建的WTIV，從設(shè)計(jì)階段開始就能保障船舶在合理的工況范圍內(nèi)運(yùn)作。

“這款強(qiáng)大的數(shù)值模型綜合了船舶航向、天氣和土壤條件以及WTIV的強(qiáng)度，可以拓展WTIV安全安裝作業(yè)的天氣窗口”，DNV技術(shù)顧問、業(yè)務(wù)主管兼JIP項(xiàng)目經(jīng)理Antonio Goncalves介紹，“硬土比軟土的沖擊力更大，強(qiáng)風(fēng)巨浪則會(huì)加劇沖擊事件。船舶在深水中的運(yùn)動(dòng)特征也不同于淺水。巖土、水動(dòng)力和環(huán)境條件必須與特定WTIV的結(jié)構(gòu)能力相匹配。”

半起升工況下的操作是否可行？

該JIP還考慮了WTIV在半起升條件下的載荷與運(yùn)動(dòng)情況，即支撐在海底的支腿以及部分淹沒工況下的船體。這尤其適用于容易發(fā)生地震的區(qū)域，此時(shí)作業(yè)者更希望WTIV船體盡可能接近水面。

“目前在吊裝風(fēng)機(jī)和安裝葉片時(shí)，還存在涉及（土壤）液化和慣性/位移的一系列挑戰(zhàn)。我們需要考慮塔體、風(fēng)機(jī)以及船舶的運(yùn)動(dòng)。如果無法在運(yùn)動(dòng)和基礎(chǔ)投入之間找到平衡，半起升作業(yè)可能面臨安全性挑戰(zhàn)。這個(gè)問題有待進(jìn)一步的工程計(jì)算，我們希望未來DNV能給予適當(dāng)指導(dǎo)”，RWE Renewables公司的海洋專家Benjamin Haak說。

全尺寸儀器測(cè)量可驗(yàn)證模型的輸出結(jié)果

然而，預(yù)測(cè)性模擬僅是獲得最終解決方案的維度之一。另一維度是運(yùn)用全尺寸儀器（傳感器）測(cè)量來驗(yàn)證實(shí)際工況的模型輸出結(jié)果?！邦A(yù)測(cè)的受力情況還沒有與實(shí)際操作中測(cè)得的受力掛鉤。這是大幅提升WTIV操作性的關(guān)鍵領(lǐng)域”，Goncalves指出。

第三個(gè)維度是編制影響結(jié)構(gòu)失效可能性的安全系數(shù)。JIP的結(jié)論是，在某些工況下結(jié)構(gòu)失效的概率相對(duì)更高。“我們已經(jīng)了解到關(guān)于模擬和不同參數(shù)效應(yīng)的相互關(guān)系，但仍然需要更深入理解保障安全操作所需的適當(dāng)安全系數(shù)。通過洞悉理論模型的驗(yàn)證以及適當(dāng)?shù)陌踩蛩兀覀兙涂梢詮母叩牟僮餍省⑿碌牟僮骼砟詈驮O(shè)計(jì)等方面獲得巨大效益”，Goncalves說。

第二階段工作將提供更多價(jià)值

目前，DNV正提議開展JIP第二階段工作。暫定范圍包括了底部沖擊和部分淹沒模型的校準(zhǔn)、安全系數(shù)的校準(zhǔn)、改善土壤模型、進(jìn)一步評(píng)估部分淹沒工況下的吊臂/吊鉤運(yùn)動(dòng)、在位中使用的運(yùn)動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)以及制訂相關(guān)導(dǎo)則。

“借助強(qiáng)大的團(tuán)隊(duì)合作，我對(duì)于下一階段為各方提供更多價(jià)值充滿信心”，Goncalves說。“我們的目標(biāo)是用真實(shí)數(shù)據(jù)對(duì)模型加以基準(zhǔn)化，總結(jié)出完整的安全系數(shù)，成為用于公平競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境中最佳推薦指南”，Hofman說。

全尺寸測(cè)量可在提升操作效率方面帶來巨大好處。

保障數(shù)據(jù)共享和保密

為確保數(shù)值模型的可靠性，數(shù)據(jù)來自在良好天氣和惡劣天氣下工作的多個(gè)安裝平臺(tái)，包括現(xiàn)場(chǎng)土壤條件的開發(fā)商/承包商數(shù)據(jù)、甚至來自風(fēng)機(jī)的整機(jī)廠商的數(shù)據(jù)。來自Fred. Olsen Windcarrier公司的Jan Sand Schanke-J?rgensen表示，全行業(yè)對(duì)于全面掌握相關(guān)情況有很大興趣，包括進(jìn)入市場(chǎng)的玩家?！袄?，如果一些平臺(tái)被證明尺寸過大，那么可以通過減少鋼材用量來降低成本，同時(shí)讓甲板上容納更多設(shè)備。減排也是確保整個(gè)安裝生態(tài)系統(tǒng)盡可能高效的關(guān)鍵因素之一。”

盡管在改善WTIV操作性和避免損壞方面有明確的數(shù)據(jù)提供商業(yè)案例，但人們對(duì)于私有數(shù)據(jù)共享后可能產(chǎn)生的后果仍有顧慮。Goncalves強(qiáng)調(diào)DNV會(huì)把所有數(shù)據(jù)視作保密數(shù)據(jù)，只分享由此開發(fā)出的推薦指南。

參與方對(duì)“創(chuàng)意舞臺(tái)”表現(xiàn)出熱情

各參與方對(duì)JIP進(jìn)程表示了一致贊賞。積極的反饋意見有：“能坐下來討論重要的話題，而不受內(nèi)部商業(yè)驅(qū)動(dòng)，這樣很棒。把關(guān)注點(diǎn)放在對(duì)人員、資產(chǎn)和環(huán)境的關(guān)鍵安全問題是這個(gè)項(xiàng)目成功的原因所在”，Sand Schanke-J?rgensen指出。

Van Oord Offshore Wind公司的首席工程師Kevin van de Leur說：“我們之前嘗試過這種現(xiàn)場(chǎng)評(píng)估分析，但很難單獨(dú)完成。通過合作，我們可以開發(fā)出讓每個(gè)人都有信心的通用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。”

主要利益相關(guān)方正聯(lián)手制訂通用的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，以提高海上風(fēng)機(jī)的安裝效率。

豪氏威馬設(shè)備（Huisman Equipment）公司的研發(fā)經(jīng)理Eric Romeijn補(bǔ)充說：“我們認(rèn)為模擬底部沖擊對(duì)于進(jìn)一步優(yōu)化豪氏威馬新一代的海上WTIV起升系統(tǒng)至關(guān)重要。我們期待第二階段的JIP能有更多成果，為安全可靠的自升式平臺(tái)作業(yè)做出貢獻(xiàn)。” 中集來福士研發(fā)中心總監(jiān)及營(yíng)銷中心總監(jiān)傅強(qiáng)也表達(dá)了類似看法?！拔覀儗?duì)參與這個(gè)JIP感到自豪，并期待繼續(xù)這項(xiàng)工作”，他說。

?rsted公司總包運(yùn)營(yíng)部WTG安裝資深首席專家Eduard Lopkov補(bǔ)充說，作為價(jià)值鏈上重要的利益相關(guān)方，?rsted公司一直對(duì)于參加JIP非常挑剔?！暗@個(gè)項(xiàng)目可以顯著改善作業(yè)狀況，探索了之前尚未充分開發(fā)的領(lǐng)域。我們可以結(jié)合自身知識(shí)，創(chuàng)建嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)和可靠的預(yù)測(cè)模型，讓自升式平臺(tái)變得更安全，同時(shí)減少因天氣怠工的因素。”

“在公平競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境方面，統(tǒng)一的推薦指南讓采購(gòu)流程變得更簡(jiǎn)單。這適用于無論冬季還是夏季作業(yè)以及各種海底條件，我們已經(jīng)看到項(xiàng)目作業(yè)環(huán)境包括從砂石底到更困難的重粘土和巖石土壤，乃至更深的海域。在數(shù)據(jù)共享方面，DNV在管理私人數(shù)據(jù)方面一直表現(xiàn)卓越。我們期待下一階段制訂的具體指南，能讓所有人獲益?！?/p>

知識(shí)共享是最好的形式

在未來很長(zhǎng)一段時(shí)間里，JIP的工作對(duì)風(fēng)電安裝行業(yè)都有很大的相關(guān)性，因?yàn)樾枰陨狡脚_(tái)安裝的固定式風(fēng)電場(chǎng)仍具有最高的性價(jià)比，并讓能源結(jié)構(gòu)變得多元化?！笆袌?chǎng)的發(fā)展速度要快于規(guī)范的發(fā)展，想要取得重大進(jìn)展，唯一的方法是知識(shí)共享”，Goncalves說，“我們的目標(biāo)是開發(fā)出可靠的、容易獲取的推薦方案。通過更好地了解特定地點(diǎn)的受力情況，我們可以在更惡劣的海況中提升績(jī)效和安全性，實(shí)現(xiàn)更高效、更及時(shí)的渦輪機(jī)安裝，這對(duì)于整個(gè)行業(yè)來說是一個(gè)重大機(jī)遇?！?/p>

敞開大門，歡迎新合作方加入

Goncalves強(qiáng)調(diào)，JIP正向更多的合作伙伴敞開大門，可以是能源公司、安裝作業(yè)方、設(shè)計(jì)公司和船廠、起重機(jī)制造商或風(fēng)機(jī)廠商。相信各方都會(huì)從中受益，包括減少項(xiàng)目延遲、事故和已安裝設(shè)備損壞的風(fēng)險(xiǎn)，降低交易成本，確保導(dǎo)則中考慮了特定的問題和目標(biāo)，并有機(jī)會(huì)與各領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者建立合作網(wǎng)絡(luò)。

來源：DNV船級(jí)社