值得關注的是,根據調查機構統計,海上風電行業快速發展的同時,在其后期運維過程中,電纜和樁基占據了海上風電總體保險賠付金額的92.7%和數量的55.6%!由此也可以看出,針對電纜和樁基的后期檢測運維工作非常重要。
海上構筑物建設完成后,其海底及周圍地形地貌隨時間發生變化很常見。由于風電場建設對該區域的原始水文地質條件造成侵擾,復雜水文條件會對海底產生沖刷和剝蝕,加上部分災害地質及水動力作用,導致風電場樁基基座及連接電纜局部裸露和懸空,懸空管線承受內部作用力、外界水壓力以及振動等,可能導致結構物及懸空電纜的疲勞破壞;裸露及懸空的管線受到水動力作用,使得裸露及懸空區域不斷擴大;此外,裸露及懸空的管線也更容易受到船只拋錨和漁業作業的破壞。
因此,定期對海上風電纜線及樁基進行外部檢測,調查海纜的實際路由位置,海纜的狀態,查明其埋藏、裸露及懸空情況,并對管線路由沿線及樁基周圍的海底地形地貌進行調查監控顯得十分關鍵。
傳統作業方式
在傳統作業方式中,對樁基水下部分及海纜的檢測主要依靠人工運維船或專業作業船,在船上搭載聲吶探測設備開展水下檢測。但風電場水域的風場及流場較為混亂,運維船在風電機組之間穿梭作業,人工駕駛存在操作難度和碰撞風險問題。目前,由于國內海上風電檢測工作成本較高且風電場相對較新,檢查工作較少實施,但隨著大量海上風電場的建成及服役期增長,海上風電檢測作業需求將逐年增長,單艘船的作業效率將無法滿足高頻次檢測的需要。
新型解決方案
目前,一種新型的海上風電檢測運維平臺已經投入使用,即采用無人艇作為檢測作業手段,它將能有效應對傳統海上風電檢測提出的挑戰。無人艇可從碼頭出航或隨母船(運維船)作業,可通過公網、專網、衛通或借助升壓站與陸地部分通信鏈路實現實時數據傳輸,工作人員在岸端或母船上即能實現海上風電檢測運維工作。與有人船實施檢測運維工作相比,無人艇具備較高的定位及控制精度,艇體靈活轉彎半徑小,可嚴格執行計劃測線任務,避免人為操作失誤,作業安全性高,碰撞樁基風險低,同時無人艇實時自動調整動力大小與方向,保證較高的貼線精度,有利于檢測作業整體效率。
無人艇作業方式
還具有如下其他優勢:
· 人員無需隨船作業,勞動強度低,安全風險低;
· 支持多艘協同作業,可成倍提高檢測運維效率,有效利用海上作業時間窗口,為高頻周期性檢測提供可能性;
· 任務執行高效、標準、重復性強,利于檢測運維歷史數據對比發現問題;
· 不受晝夜時間影響,提高單天作業量;
· 燃油及運行費用低。
以無人艇搭載多波束測深儀、側掃聲吶和淺地層剖面儀等常規海洋調查設備,可獲得海上風電水下電纜及樁基檢測數據,如:樁基及電纜周邊海底沖刷及堆積狀況、海底電纜位置及埋深和海底電纜懸跨高度彎折角度等。
應用案例
江蘇風電場樁基及海纜沖刷檢測
時間:2019年1月
地點:江蘇省海域
使用設備:海洋探測無人艇、實時三維聲吶
2019年,云洲智能M80海底探測無人艇搭載Coda Octopus實時三維聲吶Echoscope對江蘇省海域的風電樁基及海纜進行檢測,檢測目標為15公里110kV主海底電纜、80公里35kV回路海底電纜、38臺風機和升壓站。經過數天的作業,共檢測出樁基處海纜懸空多處,懸空高度數米;海纜沖刷裸露多處,J型管接出后持續裸露數十米;還發現海纜彎折半徑過小,海纜路由與已知施工坐標偏差等現象。
本次風電場樁基及海纜沖刷檢測實現12小時連續作業,檢測效率為20個樁基/天+20公里海纜/天。三維聲吶檢測結果實時形成并立即回傳,現場工作人員可及時調整任務航線及三維聲吶角度,對樁基周圍沖刷異常區擴大檢測范圍。無人艇依照樁基位置和海纜路由自主航行,位置最大偏差小于1m,同時可保存任務航線,方便持續檢測形成歷史數據對比。
海上風電市場方興未艾,發展迅猛,通過無人艇這一新興水面智能作業手段,探求一種新型海洋工程檢測運維方法,發揮智能無人設備的特性,可解決海洋工程常態化檢測問題,還能不斷提高運維質量,降低運維成本,創造風電場收益最大化,為服務我國重大海洋戰略需求提供快速、高效、智能的無人運維新模式,不斷推動我國海上風電運維的可持續發展。