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科普:我国海上风电场设施规范标准
2021-10-28
 加快发展我国海上风电产业是促进我国能源结构调整,实现我国提出的“双碳”目标的重要手段之一。从目前来看,我国海上风电场技术规范标准体系建设速度显著落后于海上风电的发展速度,由于我国海上风电是从陆上发展起来的,众多海上风电项目的采标范围涵盖水利水电、港口航道、陆上建筑等领域,并不能有效规避海上结构设计、建造和安装等环节的安全风险,因此在海上风电规范标准体系建设方面仍存在较大的建设提升空间。

 我国已有的海上风电技术标准

表1列举了项目实施各个阶段我国已有的海上风电技术标准,包括但不限于:

(1)在规划阶段,我国已经具有一系列针对于海上风电场工程项目前期的编制规程;

(2)在设计阶段,除表1所示的几部规范标准外,我国暂无其他的统一标准。设计院在对海上风电场设施进行设计时,主要依据我国的水工、建筑、海工行业标准或国外相关标准,涉及到LRFD/WSD结构设计规范、结构荷载规范、抗震设计规范、钢结构规范、桩基设计规范和防腐技术规范等;

(3)在陆地建造阶段,除《海上风力发电工程施工规范》(GB/T 50571-2010)、《海上风电场钢结构防腐蚀技术标准》(NB/T 31006-2011)外,我国暂无其他的统一的技术标准,主要采标水工、建筑、海工行业标准或参照国外相关标准;

(4)在海上施工阶段,由三峡集团牵头编制的国标《海上风力发电工程施工规范》(GB/T 50571-2010)已于2010年发布,该规范主要对施工准备、施工交通运输、基础工程施工、风力发电设备安装、海底电缆敷设、工程观测与检测、风电场的调试与试运行以及施工管理等提出相关要求。此外,还有一部由三峡集团牵头编制的能标《海上风电场工程施工安全技术规范》(NB/T 10393-2020)于2020年发布,该规范针对海上风电场工程施工安全、防止和减少施工过程中的人身伤害和财产损失制定相关要求;

(6)在弃置阶段,目前由于尚未涉及到风电场设施弃置的工程实例,所以我国暂无相关的规范标准。



表1 目前海上风电场项目开发阶段所采用的我国的统一技术标准

综上,我国海上风电场建设除规划阶段具备较完善的技术要求,其他阶段相关技术要求尚不明晰,均需进一步补充,有待建立完整的海上风电场技术规范体系。

 CCS在海上风电场设施规范方面的探索及成效
中国船级社(CCS)于2006年开始进入海上风电场设施及装备领域,开展规范标准研究与制定、装备入级与检验及相关认证和技术咨询工作。

对于海上风电施工装备,如自升式风电安装平台、浮式起重船等,CCS按照传统的海上设施进行入级检验,目前国内所有自升式风电安装平台已建、在建合计70余座,均入级CCS,拥有数量已经位居世界第一位。对于海上风电场设施,如海上升压站、海上风机支撑结构等,CCS积极地开展相关技术探索和研究,充分借鉴和参考CCS在海洋工程领域40多年的经验,结合海上风电场设施的具体特点,按照“全领域、全生命周期”的海洋工程理念,建立了较为完善的海上风电场设施技术规范体系,系统地提出了海上风电场设施涉及安全、环保等方面的技术要求。目前,CCS完成海上风电场设施规范标准6部、在编规范4部,同时受国家海事局委托,编制关于海上风电场在内的固定、浮动设施法定检验技术规则4部。具体规范体系如下表2所示。同时,该规范体系随着国内海上风电的发展不断扩充和完善。



表2 CCS海上风电场设施技术规范体系

下面主要对《海上风电场设施检验指南》、《海上升压站平台指南》和《海上风电场设施施工检验指南》展开介绍,其他规范标准也是对海上风电场设施的具体类型或不同阶段提供相关的技术要求,在此不再赘述。

1、《海上风电场设施检验指南》

《海上风电场设施检验指南》(2017)主要结合海上风电场设施的具体特点,借鉴和参考传统海洋工程经验,对海上风力发电机组、海上风机支撑结构、海上测风塔以及升压站进行系统研究,发布了具体检验技术要求,可为第三方检验和相关方提供指导。

指南分别由4章正文、1个附录组成。第1章明确本指南的目的、适用范围、定义、检验与证书的要求;第2章对海上风力发电机组提出了具体的检验技术要求;第3章给出了海上风力发电机组下部支撑结构及测风塔的相关检验技术要求;第4章给出海上升压站检验的具体技术要求;附录1为海上风电场设施符合证书样例。具体内容详见指南。

该指南已在国内几个新建的海上风电场设施检验项目中得到了应用。

2、《海上升压站平台指南》

《海上升压站平台指南》(2019)以CCS《海上风电场设施检验指南》为依据,充分借鉴和参考国内外海洋工程行业及CCS在海上设施领域的相关经验,结合目前国内已建、在建以及正在进行检验的海上升压站工程项目,研究海上升压站功能需求和设计特点,梳理海上升压站相对于固定式海洋油气平台的异同点,编制形成《海上升压站平台指南》,并开展海上升压站载荷抗力系数法和抗力系数适用性研究,提出适用于海上升压站的LRFD设计载荷分项系数和载荷抗力系数,并纳入指南具体技术条款。该指南可为海上升压站的第三方检验和相关方提供参考。

该指南由11章正文和2个附录组成。第1章明确该指南的适用范围、定义、检验与证书的要求;第2章至第11章给出了总体布置、结构、电气一次、电气二次、机械和公用系统、消防安全、逃救生、通信与信号、防污染设备的技术要求;附录1、2分别为海上风电场设施符合证书样例和海上升压站平台图纸审查范围。具体内容详见指南。

该指南已经在江苏、福建和广东等海域二十余座新建的海上升压站检验项目中得到了应用。

3、《海上风电场设施施工检验指南》

针对目前国内海上风电场施工过程相关规范标准的缺失问题,CCS编制形成《海上风电场设施施工检验指南》(2020)。该指南主要参考国内外海洋工程施工过程的相关经验,结合国内海上风电场施工具体特点,对海上风电场设施施工的全过程提出了具体技术要求,可为第三方检验、海事保险检验以及相关方提供指导。

该指南共分为8章。第1章明确该指南的适用范围和依据、定义、检验与证书的要求;第2章给出了海上风电场设施施工规划与设计的相关要求;第3章提出了施工设计与施工过程的环境条件操作要求;第4章对各种码头装船形式给出详细的技术要求;第5章针对各种海上运输形式和运输过程的船舶稳性、强度及设施本身提出相关技术要求;第6章对整个海上作业环节,包括吊装、沉桩、嵌岩、连接、筒型基础安装、辅助工装等提出详细要求;第7章主要给出了海缆敷设和海缆保护等过程的相关规定;第8章给出了人员健康与保护的相关内容。具体内容详见指南。

未来海上风电场设施规范发展趋势

随着国内海上风电主战场的南移,国内海上风电面临新的挑战,尤其是广东、福建复杂的地质条件和恶劣的海洋环境,适用于江苏等海域的单桩、高桩承台等海上风机支撑结构型式很难广泛应用于南海地区,尤其是嵌岩桩的施工成本及难度问题,迫切需要对风机基础型式和施工工艺进行进一步探索和研究。同时,随着海上风机容量进一步加大,海上风电逐步向深水发展,传统的固定式风机基础不再适用,浮式风机必将成为未来的发展方向。

因此,对于国内海上风电场设施规范的发展,必将面向适用于南海海域的新型的风机支撑结构和施工工艺以及深远海的浮式风机基础。随着海上风电场的规模不断扩大且逐渐向深水转移,海上升压站也将面临大型化和适应深水区域的难题,而浮式升压站的浮式基础可以通过更大的浮力承载更高的设备重量,从而有效解决设备大型化的难题,也更适用于深水区域。此外,海上风电制氢有望进一步降低海上风电成本,其可直接将风力发电机组产生的电能通过制氢设备转化为氢气,可采用现有的海底油气管道将氢气输至岸上,从而可以节省海上升压站以及海底电缆的高昂费用,具备十分可观的发展前景。这些新颖的海上风电场设施将对国内海上风电场设施规范研究提出更高的挑战。同时,随着国内更多的海上风电场走向运维阶段,运维和弃置相关的规范标准亟需出台,这也是必须提上日程的重要工作。

CCS紧跟海上风电场设施发展趋势,依托多年的海洋工程浮式设施经验,开展了海上浮式风电设施的研究工作,目前已编制完成《海上浮式风机平台指南》,该指南对海上浮式风机平台及其附属系统提出了相关技术和检验要求,主要用于指导我国海域内新建的无人值守的海上浮式风机平台在设计、建造和安装阶段的检验和质量控制。

国内海上风电开发如火如荼,但相比较欧洲较为成熟的技术规范体系,我国关于海上风电设施的设计、建造、安装、运维以及弃置的规范标准在快速发展,但还未形成完备的体系,势必对国内海上风电产业的健康、持续发展产生影响。尤其是当海上风电进入深远海、浮式风机应运而生时,其载荷响应、运动表现、结构强度、稳性等要求更属于海洋工程范畴,传统的海洋工程学科应发挥更大作用。CCS经过多年在海上风电领域的研究和积累,初步形成了一套海上风电设施规范体系,愿与业界共同努力,一起构建海上风电场设施技术规范体系,为国内海上风电健康、持续发展保驾护航。
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