歐洲的海上風(fēng)電市場長期以來被認(rèn)為是成熟發(fā)展的，尤其是在無補(bǔ)貼風(fēng)場項(xiàng)目順利推進(jìn)的當(dāng)下。不完全統(tǒng)計(jì)，歐洲部署的海上風(fēng)電場規(guī)模已經(jīng)達(dá)到18GW，僅去年就增加了2.4GW，未來十年的增長前景可觀。英國、德國以及荷蘭是歐洲發(fā)展海上風(fēng)電的重要國家，法國也在快速追趕中，比利時(shí)和波蘭也預(yù)計(jì)在2020~2021年部署海上風(fēng)場。
海上風(fēng)場的建設(shè)成本在過去的5年快速下降，實(shí)際上2017年德國EnBW和丹麥的Orsted已經(jīng)做出了首個(gè)無補(bǔ)貼的德國境內(nèi)海上風(fēng)場的最終投資決定。
風(fēng)機(jī)研發(fā)和設(shè)計(jì)能力的提高以及加快是成本快速下降的重要因素之一，未來10MW~14MW的風(fēng)機(jī)會(huì)逐漸成熟，從而能夠更大程度上提高海上風(fēng)場收益，但這也導(dǎo)致一些潛在的供應(yīng)鏈矛盾逐漸突出，其中最棘手、最具挑戰(zhàn)的莫過于海上風(fēng)場安裝需求與安裝資源稀缺性的矛盾。
2011~2012年時(shí)海上風(fēng)電安裝船還以6MW主力機(jī)組為目標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)建造，而現(xiàn)在，9MW 164m葉輪直徑的風(fēng)機(jī)已經(jīng)在比利時(shí)的Northewester2風(fēng)場進(jìn)行了安裝。西門子-歌美颯也將在丹麥的試驗(yàn)風(fēng)場安裝10MW SG10-193DD機(jī)組，并預(yù)計(jì)在2022年實(shí)現(xiàn)商業(yè)供貨。同時(shí)，GE也在開發(fā)12MW乃至14MW機(jī)組。2017年歐洲海域平均風(fēng)機(jī)安裝水深27.5m，平均離岸距離40km。2018年這一數(shù)字已經(jīng)增加到水深40~50m，離岸距離100~150km。
現(xiàn)在如果還將6MW風(fēng)機(jī)機(jī)組作為設(shè)計(jì)指標(biāo)來指導(dǎo)安裝船設(shè)計(jì)建造，顯然不夠明智。
快速變化的市場需求對(duì)于安裝承包商和其掌握的安裝資源提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。在5年以前建造的安裝船已經(jīng)難以適應(yīng)當(dāng)前海上風(fēng)場的建設(shè)需要?？焖僮兓氖袌鲂枨笫沟冒惭b承包商必須持續(xù)地投入資金來建造現(xiàn)在乃至未來5年內(nèi)能夠高效運(yùn)行的安裝船舶，這些安裝資源必須能夠適應(yīng)大于100m長度葉片吊裝需要，能夠適應(yīng)800t以上機(jī)艙整體吊裝需要，否則在未來的安裝市場中將難以生存。
似乎改裝現(xiàn)有安裝船，提高其作業(yè)能力是一個(gè)可行的選項(xiàng)，但改裝已經(jīng)服役的安裝船存在很多挑戰(zhàn)。對(duì)安裝船的改裝主要集中在提高其吊裝能力。300t的吊裝能力提高到1,000t顯然不是簡單的加法。目前主流的安裝船絕大多數(shù)是自升平臺(tái)，提高其作業(yè)能力意味著樁腿、船體、提升機(jī)構(gòu)等一整套系統(tǒng)都要重新進(jìn)行評(píng)估乃至更換。即便能夠改裝成功，業(yè)主也要付出一筆不菲的改裝費(fèi)用，同時(shí)面對(duì)新交付的安裝船也并不具備競爭優(yōu)勢。
最讓安裝承包商頭疼的可能是未來水平軸風(fēng)機(jī)究竟會(huì)多大。這個(gè)問題很難回答。有消息顯示有整機(jī)商在預(yù)研20MW的風(fēng)機(jī)，葉輪直徑會(huì)達(dá)到令人瞠目的近300m。如果這真能實(shí)現(xiàn)，無疑將是海上安裝作業(yè)的噩夢。
大兆瓦機(jī)組對(duì)于安裝承包商的挑戰(zhàn)不僅僅在于安裝作業(yè)難度的提高，大兆瓦機(jī)組意味著更少的機(jī)組能夠?qū)崿F(xiàn)過去多個(gè)機(jī)組能夠?qū)崿F(xiàn)的發(fā)電效率，風(fēng)場會(huì)部署更少的機(jī)組從而減少了安裝作業(yè)量。
活少難干。
面臨這種趨勢，安裝承包商很難真正下決心狠下投資建造新的安裝船。在這種趨勢下，關(guān)注點(diǎn)轉(zhuǎn)移到安裝方法和基礎(chǔ)形式的創(chuàng)新與實(shí)踐上是自然明智的選擇。
Slip Joint
2018年9月份Heerema的Aegir重型起重船將Delft大學(xué)的一臺(tái)風(fēng)機(jī)樣機(jī)(Delft offshore wind turbine concept, DOT)整體安裝在單樁基礎(chǔ)上，整個(gè)吊裝安裝作業(yè)僅耗時(shí)1小時(shí)。該風(fēng)機(jī)塔筒同單樁的連接設(shè)計(jì)借鑒了海上油氣行業(yè)立管連接部件Slip joint的原理。該試驗(yàn)項(xiàng)目使用的Slip Joint由Slip Joint Offshore Research Project（SJOR）研發(fā)，共同的合作伙伴包括Delft大學(xué)、Van Oord、Sif Group、Eneco以及Heerema。
Slip Joint我們并不陌生，海上油氣行業(yè)中最廣泛應(yīng)用Slip Joint的地方莫過于鉆井立管?？紤]到單樁基礎(chǔ)和風(fēng)機(jī)塔筒本質(zhì)上都是圓管，原理上采用Slip Joint乃至其他廣泛應(yīng)用于海上油氣行業(yè)的圓管連接方式來實(shí)現(xiàn)單樁與塔筒的連接都應(yīng)該沒有問題。
相比于傳統(tǒng)連接方式，Slip Joint更快捷、更簡單，但還需要長期測試證明安全性
自安裝
2018年8月，西班牙Esteyco安裝了5MW Elisa自安裝基礎(chǔ)風(fēng)機(jī)，服役水深30m。機(jī)組和基礎(chǔ)在岸邊總裝隨后整體拖航至作業(yè)地點(diǎn)。通過壓載底部混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)下沉并最終坐底。輔助起重船就位后在可回收的桁架浮筒輔助下逐漸提升風(fēng)機(jī)塔筒，最終達(dá)到設(shè)計(jì)位置。整個(gè)方案設(shè)計(jì)巧妙，具有原創(chuàng)性，安裝不依賴大型起重船，安裝成本可控。
Elican就位提升
在海上油氣行業(yè)，最著名的、應(yīng)用最多的自安裝平臺(tái)可能是ACE（Arup concept elevator）。
ACE自升自安裝平臺(tái)由一個(gè)方環(huán)形浮體+自升桁架+自升機(jī)構(gòu)組成，自升桁架結(jié)構(gòu)下部連接一個(gè)壓載沉墊，其主要用途并不是儲(chǔ)油，而是提供一定量的壓載。自升桁架結(jié)構(gòu)位于船體中心，其幾何尺度遠(yuǎn)大于一般的自升平臺(tái)支腿。船體提供拖航浮力和穩(wěn)性，作用與一般的自升平臺(tái)一致。平臺(tái)自升機(jī)構(gòu)能夠提升13000噸的平臺(tái)重量。
ACE平臺(tái)可以在船塢或者建造場地實(shí)現(xiàn)總裝，整體通過干拖或濕拖運(yùn)輸。據(jù)稱該平臺(tái)可以在2m有義波高環(huán)境下實(shí)現(xiàn)濕拖，天氣窗口期在7天以內(nèi)。拖航就位后可通過下放支腿，利用壓載沉墊實(shí)現(xiàn)自安裝，安裝資源限制小，僅需拖船拖拉。沉墊下放和船體舉升操作可以控制在24小時(shí)以內(nèi)。平臺(tái)服役結(jié)束后的拆除工作為安裝過程的逆過程，對(duì)于施工資源依賴小。
ACE自升自安裝平臺(tái)目前在四個(gè)項(xiàng)目中得到了應(yīng)用，第一個(gè)2001年部署在印尼納土納海，第二個(gè)2004年部署在澳大利亞的Yolla氣田，第三個(gè)部署在新西蘭的Marri油田，第四個(gè)2015年部署在菲律賓。
國內(nèi)在自安裝平臺(tái)方面的突破要數(shù)烏石17-2開發(fā)方案了。烏石油田位于湛江雷州半島西側(cè)，距離烏石鎮(zhèn)20km，水深28m。目前的公開資料顯示，烏石油田一期預(yù)計(jì)新建一座可以自安裝的中心平臺(tái)，新建一座陸上終端，一條終端至平臺(tái)的注水管線、一條復(fù)合纜、一條平臺(tái)至烏石終端的油氣管線。建成之后烏石平臺(tái)將是國內(nèi)第一個(gè)長期服役的自安裝生產(chǎn)平臺(tái)，烏石項(xiàng)目的順利實(shí)施對(duì)于未來自安裝概念在國內(nèi)的推廣有重要實(shí)踐意義。
近年來采用自安裝平臺(tái)方案的升壓站平臺(tái)逐漸增多，如組塊重量12,000t的BorWin beta、組塊重量15,000t的Sylwin alpha（該平臺(tái)只是組塊采用浮托拉力千斤頂提升，并不算嚴(yán)格意義上的自安裝平臺(tái)）。
自安裝基礎(chǔ)好不好？當(dāng)然好，但這種“好”不能脫離實(shí)際來評(píng)價(jià)。從本質(zhì)上講，自安裝平臺(tái)減少了安裝調(diào)試步驟，節(jié)省了海上作業(yè)時(shí)間。平臺(tái)在岸邊整體安裝完畢后拖航至作業(yè)地點(diǎn)安裝就位就完事了，這顯然比租用安裝船進(jìn)行海上安裝作業(yè)要更經(jīng)濟(jì)、更安全。但自安裝基礎(chǔ)或者平臺(tái)的應(yīng)用需要前提條件，能不能采用自安裝方式進(jìn)行海上風(fēng)機(jī)建設(shè)需要綜合評(píng)估結(jié)構(gòu)重量、拖航安全性以及服役地點(diǎn)的環(huán)境條件等限制條件。
在條件允許的條件下，采用自安裝方法不失為一種可供選擇的升壓站和風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)方案。
從海上油氣行業(yè)的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)來看，安裝資源的能力一直是工程方案的重要限制因素，尤其是深水固定式平臺(tái)，但從絕對(duì)數(shù)量上看，海上油氣行業(yè)的“超深水”導(dǎo)管架平臺(tái)，大型、超大型組塊并不是普遍現(xiàn)象，一定時(shí)間之內(nèi)可能全球也就一兩個(gè)平臺(tái)需要通過有限的、能力超強(qiáng)的安裝資源來進(jìn)行安裝作業(yè)，其他的可以通過浮托安裝、改裝現(xiàn)有駁船資源或者在設(shè)計(jì)階段進(jìn)行優(yōu)化來解決。
海上風(fēng)電的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢顯示，未來海上機(jī)組的安裝乃至于升壓站的安裝對(duì)于強(qiáng)能力安裝資源的依賴程度會(huì)越來越大，安裝需求與安裝資源之間的矛盾可能是普遍存在的。這一問題不能簡單的靠單純提高安裝船能力來解決，這不現(xiàn)實(shí)也不經(jīng)濟(jì)。
借鑒海上油氣工程建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，在風(fēng)場建設(shè)的ODP階段充分重視安裝資源和建設(shè)規(guī)模的匹配性，綜合多種手段來提高安裝效率，降低對(duì)稀缺安裝資源的依賴性是提高項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)性，增加風(fēng)場收益的重要手段。同時(shí)，整機(jī)商也需要在機(jī)組技術(shù)研發(fā)和創(chuàng)新方面多下功夫，不能一味的增大增粗增重。
相比于汽車行業(yè)130年的發(fā)展歷史和海上油氣行業(yè)近80年的發(fā)展歷史，海上風(fēng)電還是一個(gè)非常年輕的行業(yè)。全球第一個(gè)海上風(fēng)場建設(shè)于1991年，海上風(fēng)電發(fā)展至今也不過30年時(shí)間，未來還有很長的路要走，我相信目前的問題在未來會(huì)得到很好的解決，但問題的解決依靠的是全產(chǎn)業(yè)鏈，而不應(yīng)只依靠某個(gè)環(huán)節(jié)。
安裝需求與安裝資源的相對(duì)稀缺性之間的矛盾將會(huì)長期存在。
對(duì)于財(cái)大氣粗的安裝承包商而言，現(xiàn)在投資建設(shè)能力超強(qiáng)的安裝船舶資源絕對(duì)不是賠本的買賣，這一點(diǎn)已經(jīng)在Pioneering Spiri上得到了充分證明。
既然有錢，何不索性搞個(gè)牛逼的船來玩玩。
