【摘 要】 海上风电直升机运维因其不受窗口期限制，时效性高，是海上风电运维不可或缺的组成部分。本文阐述了中国海上风电运维的规模及在通勤方面的挑战，欧洲和中国海上风电直升机应用的现状和需求，并给出了完整的海上风电直升运维方案。最后论述了中国当前海上风电直升机运维发展受限的原因，呼吁整机厂商和业主单位联合起来，形成合力推动中国海上风电直升机运维早日进入规模化应用阶段。
【关键词】 海上风电 直升机运维 飞行路线规划 绞车作业
随着化石能源造成环境污染问题的日益严重，作为绿色可再生能源的风能已受到世界各国的高度关注和重视。同时为实现2030年碳达峰及2060年碳中和的目标，最近5年海上风电在中国得到了迅猛发展，尤其是受抢装潮的推动，2021年新增装机达到了顶峰，当年新增装机达到1649万千瓦。截止到2022年底，中国累计海上风电装机容量已达到3174万千瓦，如图1所示。
图1：2014年至2022年中国新增和累计海上风电装机容量
全球风能理事会预测，随着技术创新和成本降低，2024年中国新增装机将重回1000万千瓦。2022年到2031年，中国海上风电将新增9800万千瓦，占据同时期全球新增装机的31%[1]。
图2：预计未来10年中国新增海上风电装机容量
随着装机容量的增加，风电机组的运行维护越来越重要，相应的费用也越来越高。有统计资料表明，海上风电机组的维护费用占到各自风场收入的20%～35%左右[2]。其中海上通勤成本占海上运维成本的一大部分，直升机又是海上通勤不可或缺的一部分，将会扮演越来越重要的角色。
由上一章节可见，最近5年中国海上风电发展迅速，未来10年仍然有较大的发展空间。但是面临的挑战也非常大，特别是在运维的通勤方面。全国不同的海域，海况还不一样，特别是在南方海域，秋冬季浪涌非常大，夏季又受到台风的影响，造成运维船的窗口期受限，具体可见图3的数据统计。
图3：基于运维船的窗口期统计（单位：天）
在运维船受窗口期影响无法出海的时候，使用直升机开展运维工作是一种可行的方式，尤其是开展故障处理工作。
欧洲海上风电起步较早，直升机运维的规模自2007年始，逐年增长，至2020年达到36架，具体可见图4。
图4：欧洲海上风电运维直升机数量
中国海上风电最近几年已开始尝试开展直升机运维工作，并在广东进行了示范应用，但是暂未形成规模效应。当前我国的累计海上风电装机已超过欧洲，随着海上风电运维规模的增大，特别是越来越多离岸超过50公里的海上风电项目投入运行，比如广东省阳江市青洲岛附近的海上风电项目，将会使得直升机运维的需求会越来越大。可见的未来，我国投入到海上风电运维的直升机数量将会越来越多，有可能达到甚至超过欧洲的水平。
4.1 使用直升机运维的启动条件
使用直升机需要支出的费用低于挽回的发电量损失的费用，即具备使用直升机开展运维工作的条件。
根据以下条件进行评估，海上风电场使用5.5MW机型，使用空客中型直升机EC155，每次可运送3组运维人员，从直升机机场到海上风电场接送一次共1个小时，直升机使用费用为5万元/小时，故障机组的平均功率按照3MW计算，挽回的损失发电量每度电价格按照0.85元计算。使用直升机开展运维工作，根据恢复停机台数和停机天数推算挽回的发电量损失金额可参照以下表1。
表1：挽回的发电量损失表（单位：万元）
从上表可知，挽回1台机组停机1天造成的发电量损失为6万元，已经超过直升机运维单次接送3组人员的5万元费用了。挽回6台机组停机6天造成的发电量损失为220万元，而相应付出的是直升机运维两次接送6组人员的10万元费用。由此可见，直升机运维产生的经济效益还是非常可观的。
4.2 飞行路线规划
首先明确使用机场、临时停机点和备降机场的位置，确定飞行航线及高度。直升机风电运维作业主要是在临时停机点和风场之间，除特殊情况外。根据飞行航线和直升机的巡航速度可以确定飞行时间。风电场范围内必须保持目视飞行，均为真高300米（含）以下，飞行期间如需特殊高度另行申请。
4.3 直升机机型选型
根据运维任务的内容来选择使用的直升机的机型，以空客EC155为例进行说明，其为中型直升机，可搭乘9名运维人员，1名机长，1名副机长和1名绞车手，具体参数如下。
图5：空客EC155参数
所选用的直升机需要具备绞车作业条件。EC155机型绞车作业最大商载为135kg，绞车吊运货物限制见表2。
表2：绞车吊运货物限制表
为了更方便海上风电直升运维工作的开展，根据绞车作业规则，依据EC155直升机性能，将该机型机舱内的三排座椅进行调整。拆除中间一排座椅，保留前后两排座椅一共八个座位，使得具备足够的空间携带更多的备件和工具，同时根据运维任务适当减少运维人员数量。
图6：空客EC155客舱座位图
4.4 海上风电作业天气标准和限制
（1）能见度不低于4000米；
（2）云底高不低于300米；
（3）风速不大于18m/s（适用于绞车作业）；
（4）中到大雨禁止飞行 （适用于绞车作业）；
（5）冻雨和降雪禁止飞行。
4.5 风机绞车作业
（1）悬停位置
风电机组直升机运维平台上方。
（2）悬停高度
飞机高度不低于风电机组运维平台上最高障碍物，飞机相对高度约3～5米。
（3）直升机安全距离
直升机旋翼距离风电机组叶片或侧方障碍物至少6米。
（4）叶片工作状态
直升机在任何一台风机上作业期间，该风机叶片必须刹住并使风机叶片呈“Y”字型，也称为兔耳型。安全起见风机应向风的来向右转或左转90度，以有利于直升机的顶风悬停，具体见图7的示意图。
图7：侧风90°示意图
4.6 海上风电运维飞行乘机人员培训方案及能力要求
所有海上风电运维乘机人员除了具备国家相关部门核发的全国通用的“高处安装、维护、拆除作业证”、“低压电工操作证”和“海上设施工作人员海上交通安全技能培训合格证明”（包含：消防、急救、救生筏操纵、海上求生和直升机遇险水下逃生）外，还必须参加《直升机海上风电运维飞行》相关课程的培训，并且具备相应的业务知识和能力，在获得培训证明后方可随机执行任务。
具体培训项目包括如下几项：
（1）乘机安全培训；
（2）作业程序培训；
（3）操作技能培训；
（4）特情协助培训；
（5）实际操作培训；
（6）绞车使用和手语培训。
直升机运维人员能力要求如下：
（1）年轻运动能力完整的独立人；
（2）无恐高意识；
（3）可读懂绞车手手语；
（4）熟练实操绞车程序；
（5）熟悉脱、挂安全挂钩顺序。
4.7 应急救援方案
海上风电直升机运维工作开展前，首先要确定好附近的定点医院，提前确定好地址和联系方式。
海上风电运维过程中如果出现以下紧急情况，需要按照方案要求进行救援。
方案一：人员意外落水
（1）绞车手第一时间报告机长人员落水；
（2）落水人员使用救生衣，并发出求救信号；
（3）机组通过GPS确认坐标定位人员落水位置；
（4）机组通过海事频段无线电呼叫附近船舶，请求援救；
（5）实施目视盘旋，保持落水人员全程目视可见。
（6）如若条件允许：落水人员意识清醒，绞车手释放绞车救生套，落水人员自行套好绳索起吊，返回机舱。
（7）如有救生员，绞车下放救生员，营救落水人员脱离水面。
方案二：意外磕碰腿部导致受伤
（1）绞车手第一时间报告机长乘机人员受到磕碰；
（2）如伤势较轻可选择使用绞车将其救回机舱内返回陆地治疗；
（3）若伤势较重，为避免二次伤害，机组可选择下放担架，待固定好后救回机舱；
（4）返回陆地前往临时起降点或定点医院就医。
当前我国海上风电直升机运维还处于小范围应用阶段，受限于投运的海上风电项目主要在近海海域，以及缺乏专业应用于海上风电运维的直升机导致的费用偏高的问题。随着越来越多深远海项目的投运，以及漂浮式海上风电机组逐渐进入批量应用阶段，使用直升机开展运维工作的需求也会越来越大，同时也需要众多的整机厂商和业主单位联合起来锁定直升机资源，使其专业应用于海上风电的运维工作，提高作业量，降低单位时间成本，推动中国海上风电直升机运维早日进入规模化应用阶段。
参考文献：
[1] Mark Hutchinson, Feng Zhao. GLOBAL WIND REPORT 2023. Belgium：Global Wind Energy Council，2023.
[2] Peter Tavner．Offshore wind turbines: Reliability,availability and maintenance[M]. London: The Institution of Engineering and Technology，2012．
作者：明阳智慧能源集团股份公司 李永战 陈文林 王利永
中信海洋直升机股份有限公司 许卫杰
来源：《风能产业》2023.11 、《第十届中国风电后市场交流合作大会论文集》
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