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全球海上风电安装船发展动向

新闻来源:中国船检    浏览量:498 彭晨阳 刘二森 2019-06-03


随着环保问题的日益凸显和能源需求的快速增长,风能作为一种清洁的可再生能源,受到世界各国的高度重视。而海上风力发电因其拥有更好的风能条件和可观的环保价值,已由最早商业化发展海上风电的欧洲逐步走向全球,并且近年来发展非常迅速。海上风电安装船作为风电场建设的一个重要基础装备,未来一段时期内发展空间仍然广阔。

类型及特点

海上风电场的建设中,无论是风机还是基础的安装都需要有相应能力的运输工具将其运送到风电场址,并配备适合各种安装方法的起重设备和定位设备。海上风电的安装主要有分体安装法和风机整体安装法两种,目前绝大多数海上风电的安装采用的是分体安装法。此外,欧洲和美国也在研究基础与风机一体安装的方法。

目前已经完成的海上风电安装主要由具备起重能力的自升式平台和浮式起重船两类船舶完成的。船舶可以具备自航能力也可以是非自航,独立或联合采用何种方式安装取决于水深、起重能力和船舶的可用性。其中,联合安装比较典型的方式是由平板驳船装载风机部件或风机基础拖航到现场,再由安装船舶完成打桩及最后的安装。

起重船,又称为浮吊,为载有起重机的浮动平台,广泛用于各种水上作业,可以是自航或非自航。起重船的特点是可以运输和安装风电和基础,除在过浅区域需考虑吃水以外,其余区域不受水深限制,使用费率低,船源充足,不存在船期安排问题。具备自航能力的起重船可以在不同风电机组位置间快速转移,操纵性好。但起重船极其依赖天气和波浪条件,对控制工期非常不利,现已较少使用。

 

坐底式风电安装船,亦称非自升非自航式平台,一般应用于沿海滩涂或极浅水域,依靠潮水退去或压载系统将船体坐在海底,通过锚泊系统固定,然后进行吊装、安装作业,优点是稳定性好,但受到作业水深限制,移位速度慢,对船底强度需特殊考虑。此种船型一般只应用于潮间带,使用面相对较窄,如“龙源振华1号”。

非自航自升式平台,目前应用较为广泛的海上风电安装装备,一般配备起重吊机和4~8个桩腿,在到达施工现场之后桩腿插入海底固定平台,通过液压升降装置可以调整驳船完全或部分露出水面,形成不受波浪影响的稳定平台,在平台上起重吊机完成对风电的吊装。自升式平台没有自航设备,甲板宽大而开阔、易于装载风电,驳船的面积决定一次性可以运输的设备数量。对于单桩式基础的安装,只需在平台上配备打桩机即可。但非自航自升式平台的机动性差,效率低,工作中遇到天气骤变等恶劣情况无法及时躲避。

自航自升式安装船。随着风电机组的不断大型化,起重能力和起重高度的限制以及海况的复杂化使得传统的起重安装船舶无法满足要求。在这种情况下,出现了兼具自升式平台和浮式起重船舶的优点,专门为风电安装而设计建造的集多功能于一体的自航自升式安装船(或称自航自升式平台)。与其他三类安装船舶相比,自航自升式安装船具备一定的航速和可操纵性,可一次性运载更多的风机,具有打桩和吊装功能,且安装、移位速度较快,是当前海上风电安装的首选装备。

运营市场现状

目前海上风电商业开发项目仍主要集中在欧洲和中国,欧洲作为海上风电产业的发源地,持续引领全球海上风电市场发展,而中国则是近些年来涌现出的新兴市场代表。当前全球在役的49艘海上风电安装船中,90%服务于欧洲和中国海上风电项目。

早期欧洲的海上风电安装没有专业的风电安装船,都是使用海洋油气工业或者是海上施工行业的船舶或平台,如起重船和非自航自升式平台。第一代风电安装船并非是某种独立船型,多是通过载运货物的工作驳船和起重船来联合实施作业。第二代风电安装船具有自升功能的驳船或平台,但不具有自航功能,例如MPI Offshore于2002年向我国山海关船厂订造的“Mayflower Resolution号(现名“MPI Resolution”)。该船设计以Gusto MSC的CJ50型自升式钻井平台为母型,除了安装塔架、机舱和叶片之外,还可以安装基础,并能铺设电缆。根据作业海域的天气情况和风电安装船对天气的适应性,不同类型的风电安装船每年的作业天数差别很大。在欧洲地区,目前风电安装船的全年作业天数平均约为180天左右,而能够适应恶劣天气的风电安装船全年作业天数可达260至290天。为提高恶劣天气下作业天数,以欧洲为代表的船东开发了集升降、运输、安装等多种功能于一体的第三代风电安装船,如2012年迪拜Lamprell船厂为Fred. Olsen Windcarrier公司建造的“Brave Tern”号风电安装船,采用Gusto MSC NG-9000设计,甲板可运输10台风力发电机,采用800吨起重机进行海底安装,专为北海作业设计。

据克拉克松统计,截至2019年4月初,欧洲共有22艘从事海上风电安装作业,并有1艘风电安装船在建,预计2022年交付。此外,欧洲海上风电场施工还使用一些海上施工用的非自航自升式平台,以及海洋油气工业中一些高端的、具备风电安装功能的多功能自升式平台。

欧洲海上风电安装船的船东大致可分为两类:一类是专业的海上风电场安装公司,如丹麦的A2SEA公司;另一类是业务领域较广泛的海洋工程公司,提供包括风电场安装在内的各类海洋工程安装、打捞等海上服务。从已投产的海上风电场项目来看,主要由丹麦的A2SEA、英国Vroon集团旗下的MPI Offshore、英国的Seajacks等公司负责安装。从当前船队情况来看,欧洲风电安装船主要承包商有英国Seajacks、荷兰Van Oord、挪威Fred. Olsen Windcarrier和比利时GeoSea,四家风电安装船数量合计约占欧洲船队总规模的64%。

我国初期的海上风电安装与欧洲海上风电场建设刚起步阶段一样,也是使用海上施工行业的船舶或平台。但随着国内海上风电场建设驶入快车道,近年来建造了一批专用的风电安装船。截至2019年4月初,国内投入使用的风电安装船共22艘,在建7艘,其中国内海上风电场主要由中交三航局、南通海建和龙源振华等负责承建。
 

市场建造格局

海上风电产业蓬勃发展,为风电安装船市场持续注入动能。2001年以来,全球海上风电安装船新船订造量累计达到61艘,年均3~4艘。特别是近十年,年均新船订造量达到5艘。

在全球已建和在建的风电安装船中,有较多的船型设计由欧洲公司完成,其中30%采用Gusto MSC设计,另外还有采用德国Sietas Werft、丹麦Knud E. Hansen等欧洲公司设计。风电安装船建造基本由亚洲地区船厂承担,其合计建造数量占全球下单总量的89%,其中我国的振华重工已累计承建6艘,南通中远海运重工为5艘,韩通重工为4艘,招商局重工(江苏)和黄埔文冲各3艘,山海关船厂、大洋海装、启东中远海运重工、润邦海洋和厦船重工各2艘,招商局重工(深圳)、道达重工、蛟龙重工、舜天造船、马尾船厂、乳山造船和靖江南洋各1艘。中国船厂之外,阿联酋的Lamprell船厂累计承建6艘、Gulf Marine Services 为1艘,韩国的三星重工累计承建3艘、大宇造船海洋为2艘,日本联合造船累计承接2艘,新加坡的吉宝远东船厂和Labroy Shipbuilding 各承接1艘。

从订单来源看,中国船厂承接的风电安装船订单主要是面向国内市场。近年来,面向国内市场建造的风电安装船数量逐步增长,如振华重工、韩通重工、黄埔文冲、厦船重工等国内船厂建造风电安装船基本面向国内海上风电安装市场。根据克拉克松统计,截至2019年4月初,国内共有13家船厂为国内市场建造风电安装船,累计承接订单量为28份,占全球在中国船厂下单总量的74%。此外,山海关船厂、南通中远海运重工、招商局重工(深圳)、舜天造船和蛟龙重工等五家船厂建造的风电安装船均由欧洲船东订造,面向欧洲海上风电安装市场。

 

近年来,欧洲公司设计、亚洲船厂建造的格局正在被逐渐打破。以我国为例,针对国内海上风电安装的市场需求,国内有一些设计院所和船厂提出了适合国内需求、造价和配置的风电安装船设计,例如七○八所为中国铁建港航局设计的1300吨自升自航式风电安装船,中船重工民船研发中心为中船重工(天津)海工设计的“中船重工101”风电安装平台,振华重工为龙源振华设计建造的2500吨坐底式海上风电安装平台,以及招商局重工(江苏)为中天科技自主设计建造的“中天7”、“中天8”和“中天9”风电安装装备。

未来市场展望

目前,在各国政府及相关机构的积极推动下,欧洲海上风电发展活力不减,中国海上风电建设如火如荼,同时也有更多的国家开始发展海上风电,海上风电产业正在逐步走向全球化。2018年以来,德国政府提高海上风电发展目标,要求到2030年德国海上风电总装机至少达到20GW;法国政府积极推进能源转型,并提出了在2023年之前实现风力发电量翻倍的目标;英国政府发布海上风电“产业战略”规划,其中明确提出海上风电装机容量将在2030年前达到3000万千瓦,为英国提供30%以上的电力;我国自然资源部和中国工商银行发布《关于促进海洋经济高质量发展的实施意见》,计划五年提供1000亿元融资额度促进海上风电等海洋经济高质量发展;日本政府计划将可再生能源培育成主力电源,通过制定新法律和补贴制度来支持海上风力发电事业;印度新能源和可再生能源部(MNRE)宣布该国计划到2022年实现海上风电装机容量达5GW的短期目标,到2030年实现海上风电装机容量达30GW的长期目标。同时,世界银行表示将以新的500万美元计划支持发展中国家海上风电潜力评估,并与世界风能协会合作开发新兴市场海上风电项目。根据世界风能协会(GWEC)的预测,至2023年,全球海上风电场的新增装机容量占全球新增风电总装机容量的比例将由2018年的8%提高到22%,未来海上风电市场潜力巨大。随着国内外大批海上风电项目进入施工建设阶段,当前的船队规模难以满足海上风电安装需求,预计未来几年内仍将有一定规模的海上风电安装船新建需求释放。

从船型发展趋势来看,海上风机单机功率不断向大型化发展,以及海上风电逐步向中深水迈进,将不断促进海上风电安装船功能优化提升。首先,风电机组不断大型化对风电安装船的甲板面积、吊重吊高、甲板载荷、定位以及打桩能力等方面也提出了更高的要求。其次,海上风电建设向深水推进,要求风电安装船的水深适应能力逐步增强,特别是随着漂浮式风电机组逐步成熟,海上风电安装船的适用水深将进一步加大,也将催生更多新船型。

 
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