海上風(fēng)電直升機(jī)運(yùn)維探討

【摘要】海上風(fēng)電直升機(jī)運(yùn)維因其不受窗口期限制，時(shí)效性高，是海上風(fēng)電運(yùn)維不可或缺的組成部分。本文闡述了中國(guó)海上風(fēng)電運(yùn)維的規(guī)模及在通勤方面的挑戰(zhàn)，歐洲和中國(guó)海上風(fēng)電直升機(jī)應(yīng)用的現(xiàn)狀和需求，并給出了完整的海上風(fēng)電直升運(yùn)維方案。最后論述了中國(guó)當(dāng)前海上風(fēng)電直升機(jī)運(yùn)維發(fā)展受限的原因，呼吁整機(jī)廠商和業(yè)主單位聯(lián)合起來(lái)，形成合力推動(dòng)中國(guó)海上風(fēng)電直升機(jī)運(yùn)維早日進(jìn)入規(guī)模化應(yīng)用階段?！娟P(guān)鍵詞】海上風(fēng)電直升機(jī)運(yùn)維飛行路線規(guī)劃絞車作業(yè)1.中國(guó)海上風(fēng)電運(yùn)維的規(guī)模隨著化石能源造成環(huán)境污染問(wèn)題的日益嚴(yán)重，作為綠色可再生能源的風(fēng)能已受到世界各國(guó)的高度關(guān)注和重視。同時(shí)為實(shí)現(xiàn)2030年碳達(dá)峰及2060年碳中和的目標(biāo)，最近5年海上風(fēng)電在中國(guó)得到了迅猛發(fā)展，尤其是受搶裝潮的推動(dòng)，2021年新增裝機(jī)達(dá)到了頂峰，當(dāng)年新增裝機(jī)達(dá)到1649萬(wàn)千瓦。截止到2022年底，中國(guó)累計(jì)海上風(fēng)電裝機(jī)容量已達(dá)到3174萬(wàn)千瓦，如圖1所示。圖1：2014年至2022年中國(guó)新增和累計(jì)海上風(fēng)電裝機(jī)容量全球風(fēng)能理事會(huì)預(yù)測(cè)，隨著技術(shù)創(chuàng)新和成本降低，2024年中國(guó)新增裝機(jī)將重回1000萬(wàn)千瓦。2022年到2031年，中國(guó)海上風(fēng)電將新增9800萬(wàn)千瓦，占據(jù)同時(shí)期全球新增裝機(jī)的31%。圖2：預(yù)計(jì)未來(lái)10年中國(guó)新增海上風(fēng)電裝機(jī)容量隨著裝機(jī)容量的增加，風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行維護(hù)越來(lái)越重要，相應(yīng)的費(fèi)用也越來(lái)越高。有統(tǒng)計(jì)資料表明，海上風(fēng)電機(jī)組的維護(hù)費(fèi)用占到各自風(fēng)場(chǎng)收入的20%～35%左右。其中海上通勤成本占海上運(yùn)維成本的一大部分，直升機(jī)又是海上通勤不可或缺的一部分，將會(huì)扮演越來(lái)越重要的角色。2.中國(guó)海上風(fēng)電運(yùn)維在通勤方面的挑戰(zhàn)由上一章節(jié)可見，最近5年中國(guó)海上風(fēng)電發(fā)展迅速，未來(lái)10年仍然有較大的發(fā)展空間。但是面臨的挑戰(zhàn)也非常大，特別是在運(yùn)維的通勤方面。全國(guó)不同的海域，海況還不一樣，特別是在南方海域，秋冬季浪涌非常大，夏季又受到臺(tái)風(fēng)的影響，造成運(yùn)維船的窗口期受限，具體可見圖3的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。圖3：基于運(yùn)維船的窗口期統(tǒng)計(jì)（單位：天）在運(yùn)維船受窗口期影響無(wú)法出海的時(shí)候，使用直升機(jī)開展運(yùn)維工作是一種可行的方式，尤其是開展故障處理工作。3.歐洲和中國(guó)海上風(fēng)電直升機(jī)應(yīng)用的現(xiàn)狀歐洲海上風(fēng)電起步較早，直升機(jī)運(yùn)維的規(guī)模自2007年始，逐年增長(zhǎng)，至2020年達(dá)到36架，具體可見圖4。圖4：歐洲海上風(fēng)電運(yùn)維直升機(jī)數(shù)量中國(guó)海上風(fēng)電最近幾年已開始嘗試開展直升機(jī)運(yùn)維工作，并在廣東進(jìn)行了示范應(yīng)用，但是暫未形成規(guī)模效應(yīng)。當(dāng)前我國(guó)的累計(jì)海上風(fēng)電裝機(jī)已超過(guò)歐洲，隨著海上風(fēng)電運(yùn)維規(guī)模的增大，特別是越來(lái)越多離岸超過(guò)50公里的海上風(fēng)電項(xiàng)目投入運(yùn)行，比如廣東省陽(yáng)江市青洲島附近的海上風(fēng)電項(xiàng)目，將會(huì)使得直升機(jī)運(yùn)維的需求會(huì)越來(lái)越大?？梢姷奈磥?lái)，我國(guó)投入到海上風(fēng)電運(yùn)維的直升機(jī)數(shù)量將會(huì)越來(lái)越多，有可能達(dá)到甚至超過(guò)歐洲的水平。4.海上風(fēng)電直升運(yùn)維方案4.1使用直升機(jī)運(yùn)維的啟動(dòng)條件使用直升機(jī)需要支出的費(fèi)用低于挽回的發(fā)電量損失的費(fèi)用，即具備使用直升機(jī)開展運(yùn)維工作的條件。根據(jù)以下條件進(jìn)行評(píng)估，海上風(fēng)電場(chǎng)使用5.5MW機(jī)型，使用空客中型直升機(jī)EC155，每次可運(yùn)送3組運(yùn)維人員，從直升機(jī)機(jī)場(chǎng)到海上風(fēng)電場(chǎng)接送一次共1個(gè)小時(shí)，直升機(jī)使用費(fèi)用為5萬(wàn)元/小時(shí)，故障機(jī)組的平均功率按照3MW計(jì)算，挽回的損失發(fā)電量每度電價(jià)格按照0.85元計(jì)算。使用直升機(jī)開展運(yùn)維工作，根據(jù)恢復(fù)停機(jī)臺(tái)數(shù)和停機(jī)天數(shù)推算挽回的發(fā)電量損失金額可參照以下表1。表1：挽回的發(fā)電量損失表（單位：萬(wàn)元）從上表可知，挽回1臺(tái)機(jī)組停機(jī)1天造成的發(fā)電量損失為6萬(wàn)元，已經(jīng)超過(guò)直升機(jī)運(yùn)維單次接送3組人員的5萬(wàn)元費(fèi)用了。挽回6臺(tái)機(jī)組停機(jī)6天造成的發(fā)電量損失為220萬(wàn)元，而相應(yīng)付出的是直升機(jī)運(yùn)維兩次接送6組人員的10萬(wàn)元費(fèi)用。由此可見，直升機(jī)運(yùn)維產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益還是非?？捎^的。4.2飛行路線規(guī)劃首先明確使用機(jī)場(chǎng)、臨時(shí)停機(jī)點(diǎn)和備降機(jī)場(chǎng)的位置，確定飛行航線及高度。直升機(jī)風(fēng)電運(yùn)維作業(yè)主要是在臨時(shí)停機(jī)點(diǎn)和風(fēng)場(chǎng)之間，除特殊情況外。根據(jù)飛行航線和直升機(jī)的巡航速度可以確定飛行時(shí)間。風(fēng)電場(chǎng)范圍內(nèi)必須保持目視飛行，均為真高300米（含）以下，飛行期間如需特殊高度另行申請(qǐng)。4.3直升機(jī)機(jī)型選型根據(jù)運(yùn)維任務(wù)的內(nèi)容來(lái)選擇使用的直升機(jī)的機(jī)型，以空客EC155為例進(jìn)行說(shuō)明，其為中型直升機(jī)，可搭乘9名運(yùn)維人員，1名機(jī)長(zhǎng)，1名副機(jī)長(zhǎng)和1名絞車手，具體參數(shù)如下。圖5：空客EC155參數(shù)所選用的直升機(jī)需要具備絞車作業(yè)條件。EC155機(jī)型絞車作業(yè)最大商載為135kg，絞車吊運(yùn)貨物限制見表2。表2：絞車吊運(yùn)貨物限制表為了更方便海上風(fēng)電直升運(yùn)維工作的開展，根據(jù)絞車作業(yè)規(guī)則，依據(jù)EC155直升機(jī)性能，將該機(jī)型機(jī)艙內(nèi)的三排座椅進(jìn)行調(diào)整。拆除中間一排座椅，保留前后兩排座椅一共八個(gè)座位，使得具備足夠的空間攜帶更多的備件和工具，同時(shí)根據(jù)運(yùn)維任務(wù)適當(dāng)減少運(yùn)維人員數(shù)量。圖6：空客EC155客艙座位圖4.4海上風(fēng)電作業(yè)天氣標(biāo)準(zhǔn)和限制（1）能見度不低于4000米；（2）云底高不低于300米；（3）風(fēng)速不大于18m/s（適用于絞車作業(yè)）；（4）中到大雨禁止飛行（適用于絞車作業(yè)）；（5）凍雨和降雪禁止飛行。4.5風(fēng)機(jī)絞車作業(yè)（1）懸停位置風(fēng)電機(jī)組直升機(jī)運(yùn)維平臺(tái)上方。（2）懸停高度飛機(jī)高度不低于風(fēng)電機(jī)組運(yùn)維平臺(tái)上最高障礙物，飛機(jī)相對(duì)高度約3～5米。（3）直升機(jī)安全距離直升機(jī)旋翼距離風(fēng)電機(jī)組葉片或側(cè)方障礙物至少6米。（4）葉片工作狀態(tài)直升機(jī)在任何一臺(tái)風(fēng)機(jī)上作業(yè)期間，該風(fēng)機(jī)葉片必須剎住并使風(fēng)機(jī)葉片呈“Y”字型，也稱為兔耳型。安全起見風(fēng)機(jī)應(yīng)向風(fēng)的來(lái)向右轉(zhuǎn)或左轉(zhuǎn)90度，以有利于直升機(jī)的頂風(fēng)懸停，具體見圖7的示意圖。圖7：側(cè)風(fēng)90°示意圖4.6海上風(fēng)電運(yùn)維飛行乘機(jī)人員培訓(xùn)方案及能力要求所有海上風(fēng)電運(yùn)維乘機(jī)人員除了具備國(guó)家相關(guān)部門核發(fā)的全國(guó)通用的“高處安裝、維護(hù)、拆除作業(yè)證”、“低壓電工操作證”和“海上設(shè)施工作人員海上交通安全技能培訓(xùn)合格證明”（包含：消防、急救、救生筏操縱、海上求生和直升機(jī)遇險(xiǎn)水下逃生）外，還必須參加《直升機(jī)海上風(fēng)電運(yùn)維飛行》相關(guān)課程的培訓(xùn)，并且具備相應(yīng)的業(yè)務(wù)知識(shí)和能力，在獲得培訓(xùn)證明后方可隨機(jī)執(zhí)行任務(wù)。具體培訓(xùn)項(xiàng)目包括如下幾項(xiàng)：（1）乘機(jī)安全培訓(xùn)；（2）作業(yè)程序培訓(xùn)；（3）操作技能培訓(xùn)；（4）特情協(xié)助培訓(xùn)；（5）實(shí)際操作培訓(xùn)；（6）絞車使用和手語(yǔ)培訓(xùn)。直升機(jī)運(yùn)維人員能力要求如下：（1）年輕運(yùn)動(dòng)能力完整的獨(dú)立人；（2）無(wú)恐高意識(shí)；（3）可讀懂絞車手手語(yǔ)；（4）熟練實(shí)操絞車程序；（5）熟悉脫、掛安全掛鉤順序。4.7應(yīng)急救援方案海上風(fēng)電直升機(jī)運(yùn)維工作開展前，首先要確定好附近的定點(diǎn)醫(yī)院，提前確定好地址和聯(lián)系方式。海上風(fēng)電運(yùn)維過(guò)程中如果出現(xiàn)以下緊急情況，需要按照方案要求進(jìn)行救援。方案一：人員意外落水（1）絞車手第一時(shí)間報(bào)告機(jī)長(zhǎng)人員落水；（2）落水人員使用救生衣，并發(fā)出求救信號(hào)；（3）機(jī)組通過(guò)GPS確認(rèn)坐標(biāo)定位人員落水位置；（4）機(jī)組通過(guò)海事頻段無(wú)線電呼叫附近船舶，請(qǐng)求援救；（5）實(shí)施目視盤旋，保持落水人員全程目視可見。（6）如若條件允許：落水人員意識(shí)清醒，絞車手釋放絞車救生套，落水人員自行套好繩索起吊，返回機(jī)艙。（7）如有救生員，絞車下放救生員，營(yíng)救落水人員脫離水面。方案二：意外磕碰腿部導(dǎo)致受傷（1）絞車手第一時(shí)間報(bào)告機(jī)長(zhǎng)乘機(jī)人員受到磕碰；（2）如傷勢(shì)較輕可選擇使用絞車將其救回機(jī)艙內(nèi)返回陸地治療；（3）若傷勢(shì)較重，為避免二次傷害，機(jī)組可選擇下放擔(dān)架，待固定好后救回機(jī)艙；（4）返回陸地前往臨時(shí)起降點(diǎn)或定點(diǎn)醫(yī)院就醫(yī)。5.中國(guó)海上風(fēng)電直升運(yùn)維未來(lái)展望當(dāng)前我國(guó)海上風(fēng)電直升機(jī)運(yùn)維還處于小范圍應(yīng)用階段，受限于投運(yùn)的海上風(fēng)電項(xiàng)目主要在近海海域，以及缺乏專業(yè)應(yīng)用于