海上风电水域船舶航行风险量化研究现状综述.pdf

智 慧 交 通 新 业 态Maritime Safety 水上安全13作者简介：程浩，男，本科，二副，研究方向为海上救助。海上风电水域船舶航行 风险量化研究现状综述程 浩（交通运输部北海救助局，山东烟台 264000）摘要：随着全球对可再生能源需求的不断增加，海上风电作为一种新兴的清洁能源形式，得到了越来越多的关注。然而，海上风电场的建设和运营也给海上船舶航行带来了一定的风险。本文对海上风电水域船舶航行风险量化研究现状进行了综述，包括海上风电场的布局、风场对南北线船舶航行的影响、夜航的影响、风车的尺寸、风场布局的大概间距以及风场内部的可航区域等方面。通过对现有研究的总结和分析，本文提出了未来研究的方向和建议，以期为海上风电水域船舶航行的安全提供参考。关键词：海上风电，船舶航行，风险量化，布局，风场，可航区域0 引言近年来，随着全球对可再生能源的需求不断增加，海上风电作为一种新兴的清洁能源形式，得到了越来越多的关注。根据国际能源署的数据，到 2030 年，全球海上风电装机容量将达到 17GW，相当于目前全球电力需求的 5%。然而，海上风电场的建设和运营也给海上船舶航行带来了一定的风险。因此，对海上风电水域船舶航行风险进行量化研究，对于保障海上船舶航行的安全和海上风电的可持续发展至关重要。本文旨在对海上风电水域船舶航行风险量化研究现状进行综述，包括海上风电场的布局、风场对南北线船舶航行的影响、夜航的影响、风车的尺寸、风场布局的大概间距以及风场内部的可航区域等方面1。通过对现有研究的总结和分析，本文提出了未来研究的方向和建议，为海上风电水域船舶航行的安全提供参考2。1 海上风电场的布局1.1 海上风电场的发展历程海上风电场的发展历程可以追溯到 20 世纪 70 年代，当时丹麦开始尝试在海上建设风力发电机。随着技术的不断进步，海上风电场的规模和数量逐渐增加。据统计，截至 2021 年，全球海上风电装机容量已经超过 350GW。1.2 海上风电场的布局类型海上风电场的布局类型主要分为线型布局和网状布局两种。线型布局是指将风力发电机按照一定的间距排列在一条直线上，这种布局方式适用于水深较浅的海域。网状布局是指将风力发电机按照一定的间距排列在一个网状结构中，这种布局方式适用于水深较深的海域。1.3 海上风电场的布局特点：海上风电场的布局特点主要包括以下几个方面：1）布局密度高。为了提高海上风电场的发电效率，风力发电机需要尽可能密集地布置。因此，海上风电场的布局密度比陆上风电场要高得多。2）布局灵活性强。由于海上风电场需要考虑到海洋环境因素的影响，因此其布局需要具有一定的灵活性。例如，在海洋环境比较恶劣的地区，可以采用网状布局来增强风力发电机的抗风性能3。3）布局成本高。相比陆上风电场，海上风电场的建设和维护成本要高得多。这主要是由于海上风电场需要考虑到海洋环境因素的影响，同时还需要采用特殊的建设和维护设备。4）布局对船舶航行的影响大。由于海上风电场的布局密度较高，因此其对船舶航行的影响也比较大。2 海上风场对南北线船舶航行的影响2.1 海上风场与南北线船舶航行的关系随着海上风电场的建设越来越多，其对南北线船舶航行的影响也越来越受到关注。海上风电场的布局和南北线船舶航行的路线存在重叠，因此海上风电场智 慧 交 通 新 业 态水上安全 2023 年 第 9 期14对南北线船舶航行的影响是不可忽视的。2.2 海上风场对南北线船舶航行的影响因素海上风场对南北线船舶航行的影响主要受以下因素的影响：1）海上风电场的布局类型。线型布局和网状布局对南北线船舶航行的影响不同。线型布局的风电机排列在一条直线上，对船舶航行的影响比较小；而网状布局的风电机排列在一个网状结构中，对船舶航行的影响比较大。2）风电机的高度和密度。海上风电场中的风电机高度和密度越大，对船舶航行的影响也就越大。3）风场内的可航区域。海上风电场中的可航区域对南北线船舶航行的影响也很大。可航区域是指风电机之间留出的航行通道，如果可航区域过小，就会对船舶航行造成很大的困扰4。2.3 海上风场对南北线船舶航行的风险评估为了评估海上风电场对南北线船舶航行的风险，需要从以下几个方面进行评估：1）风电机的布局类型和密度。评估海上风电场的布局类型和密度对南北线船舶航行的影响程度，确定风电机布局的合理性。2）风电机的高度和密度。评估风电机的高度和密度对船舶航行的影响程度，确定风电机高度和密度的合理性。3）可航区域的大小。评估可航区域的大小对船舶航行的影响程度，确定可航区域的合理大小。通过对以上因素的评估，可以得出海上风电场对南北线船舶航行的风险评估结果，为海上风电场的建设和运营提供参考。3 夜航的影响3.1 夜航的特点夜航是指在夜间进行的航行活动。与白天航行相比，夜航具有以下几个特点：1）能见度低。夜晚能见度较低，船舶的视野受到限制，难以及时发现前方障碍物和其他船只。2）光线暗淡。夜晚光线暗淡，船舶的灯光成了唯一的视觉信号，但是灯光也容易被远处的光源所掩盖。3）疲劳度高。夜晚的航行时间长，容易导致船员疲劳，从而影响航行安全。4）天气不稳定。夜晚的天气不稳定，容易出现突然的风暴和大雨等恶劣天气，增加了航行的风险。3.2 夜航的风险因素夜航具有一定的风险，主要受以下因素的影响：1）能见度低。夜晚能见度低，容易导致船舶与其他船只或障碍物相撞，增加了碰撞风险。2）光线暗淡。夜晚光线暗淡，船舶的灯光容易被远处的光源所掩盖，增加了碰撞风险。3）船员疲劳。夜晚航行时间长，容易导致船员疲劳，从而影响航行安全。4）天气因素。夜晚的天气因素，突然的风暴和大雨等恶劣天气，增加了航行的风险。3.3 夜航在海上风电场中的应对策略3.3.1加强风电场标识和照明为了避免船舶与海上风电场设施相撞，需要在风电场设施上加船舶自动识别系统（automaticidentificationsystem，AIS）标识和照明。风电场需要设置明显的标识牌和标志，标明风电场的位置和范围。同时，风电机和其他设施也需要设置照明灯，以便夜间船舶能够清晰地看到。3.3.2采用辅助导航设备夜航时，船舶可以采用辅助导航设备，如雷达和全球卫星导航系统（globalnavigationsatellitesystem，GNSS）接收机等，以提高航行安全性。雷达可以探测前方障碍物和其他船只，GNSS 接收机可以准确确定船舶位置和航向，避免船舶偏离航线。3.3.3加强船舶安全文化建设船舶安全文化建设是夜航安全的重要保障。船舶需要加强安全意识教育，提高船员对夜航安全的重视程度。夜航在海上风电场中具有一定的风险，需要采取一系列应对策略，以确保航行安全。这些策略包括提高船员技能和经验、加强航行监控、提高船舶设备的可靠性、加强船舶通讯、加强风电场标识和照明、采用辅助导航设备和加强船舶安全文化建设等。只有全面落实这些策略，才能有效降低夜航风险，确保航行安全5。4 风车的尺寸4.1 风车尺寸的发展历程随着风能技术的发展，风车的尺寸也在不断增加。早期的风车主要用于小规模的农村电力供应，直径一般在 10m 以下。目前，世界上最大的风车直径已经达到了 220m。4.2 风车尺寸对海上风场船舶航行的影响风车的尺寸对海上风场船舶航行有一定的影响。具体表现在以下几个方面：1）航行安全。大型风车在海上风场中占用的空间更大，容易对船舶航行产生影响。船舶需要避开风场内的风车，避免与风车相撞。因此，风车的尺寸需要考虑到航行安全因素。2）船舶通行能力。风场中的大型风车会影响船舶通行能力。由于风车的占用空间较大，船舶需要绕开智 慧 交 通 新 业 态Maritime Safety 水上安全15风场，导致航行路线的变化和航行时间的延长。3）航行能耗。船舶在绕开风场时需要消耗更多的燃料，导致航行能耗增加。特别是在大型风场中，船舶需要绕开更多的风车，航行能耗更为显著。4）船舶稳定性。大型风车在海上风场中占用的空间更大，容易对船舶稳定性产生影响。船舶在风场中航行时需要注意风车的位置和方向，避免风车对船舶稳定性产生不利影响。风车的尺寸受到多种因素的影响，包括技术、经济、环境等因素。在海上风场中，风车的尺寸也会对船舶航行产生一定的影响，包括航行安全、船舶通行能力、航行能耗和船舶稳定性等方面。因此，在设计和建设海上风场时，需要充分考虑风车的尺寸对船舶航行的影响，采取相应的措施保障航行安全和效率。5 风场内部的可航区域5.1 可航区域的定义和划分可航区域是指海上风电场内部可以安全航行的区域，包括航行通道、船舶停泊区域等。由于海上风电场内部存在大量的风力发电设备，船舶在航行时需要避开这些设备，因此需要划分出可航区域。可航区域的划分需要考虑到海上风电场的布局、风力发电设备的位置和数量、船舶通行需求等因素。通常，可航区域可以划分为航行通道、船舶停泊区域、维修区域等。1）航行通道。航行通道是指连接风电设备和船舶停泊区域的通道，通常位于风电场的边缘或中央。航行通道需要保证船舶在通行时可以避开风电设备，同时也需要考虑到船舶通行的需求和风电设备的布局。2）船舶停泊区域。船舶停泊区域是指船舶在海上风电场中停泊的区域。停泊区域需要保证船舶在停泊时不会影响到风电设备的正常运行，同时也需要考虑到船舶的停泊需求和风电设备的布局。3）维修区域。维修区域是指风电设备的维修和保养区域，通常位于风电场的边缘或中央。维修区域需要保证维修船舶可以安全进入并进行维修和保养工作，同时也需要考虑到风电设备的布局和维修船舶的需求。5.2 可航区域对海上风场布局的优化策略可航区域对海上风场布局具有重要影响，可以通过优化可航区域来优化风场布局，提高风电设备的利用效率和船舶通行效率。以下是几种可航区域优化的策略：1）风电设备布局优化。优化风电设备的布局可以减少对可航区域的影响，提高可航区域的面积和通行效率。例如，可以将风电设备布置在风场边缘，以减少对航行通道的影响6。2）航行通道优化。航行通道是连接风电设备和船舶停泊区域的通道，优化航行通道可以提高船舶通行效率。例如，可以通过调整航行通道的位置和宽度，减少对风电设备的影响，提高通行效率。船舶停泊区域优化。船舶停泊区域是船舶在海上风电场中停泊的区域，优化停泊区域可以提高船舶停泊效率。例如，可以通过调整停泊区域的位置和大小，减少对风电设备的影响，提高停泊效率。可航区域对海上风场的布局和船舶通行效率具有重要影响。通过评估可航区域，并采取相应的优化策略，可以提高风场的利用效率和船舶通行效率，实现风电设备和船舶的良性互动。6 结束语本文主要研究了海上风电场的布局优化与船舶通行问题。通过对海上风电场的布局和船舶通行特点进行研究。通过优化风电设备的布局和航行通道的设计，可以提高风电设备的利用效率和船舶通行效率，实现风电设备和船舶的良性互动。7 参考文献1 万远琛,王凯,初岳峰.海上风电运维的技术现状和发展综述 J.船舶工程,2020,42(12):20-25.2 初岳峰,王凯,肖忠铭,等.海上风电船机与风电设备故障分析及应对策略综述 J.南方能源建设,2022,9(1):9-19.3 翁建军,余林锋.基于模拟退火算法的海上风电水域船舶避碰研究 J.武汉理工大学学报(交通科学与工程版),2021,45(5):989-993.4 游先辉.海上风电基础结构灌浆连接段研究综述 J.海峡科学,2022(1):67-74.5 王子豪,范中洲,丰懿.海上风电工程毗邻水域通航安全评价 J.上海海事大学学报,2022,43(2):54-59.6 任伟,陈有登,谢志猛,等.海上风电防腐蚀研究现状与前景 J.应用能源技术,2022(2):49-52.