海上风电检测运维有了新方案

自2000年以来，全球能源转型速度加快，正逐步实现化石能源体系向低碳能源体系的转变，最终进入以新能源为主的绿色低碳能源时代。为加快本国能源转型速度，《巴黎协定》签约国中90%以上的国家都设定了新能源发展目标，尤其是欧洲，已将海上风电作为新能源发展的主要方向之一。截至2016年，全世界建成海上风电装机容量1438万千瓦，其中英国516万千瓦，德国411万千瓦，逐步形成了以欧洲为中心、亚洲和北美快速跟进的格局，我国也通过《可再生能源发展规划》、《风电发展规划》进行了相关布局，以江苏、广东等作为海上风电重点开发省份，沿海地区正以较快的速度扩大海上风电建设规模。截至目前，中国海上风电累计装机规模达到2638万千瓦，超越英国，跃居世界第一。2021年的风电招标量仍处于高位，业内分析预计2022年新增装机量将在4500万-5000万千瓦之间。

值得关注的是，根据调查机构统计，海上风电行业快速发展的同时，在其后期运维过程中，电缆和桩基占据了海上风电总体保险赔付金额的92.7%和数量的55.6%！由此也可以看出，针对电缆和桩基的后期检测运维工作非常重要。

全球海上风电保险赔付金额及数量（数据来自EWEA Offshore 2015 –Copenhagen）

海上构筑物建设完成后，其海底及周围地形地貌随时间发生变化很常见。由于风电场建设对该区域的原始水文地质条件造成侵扰，复杂水文条件会对海底产生冲刷和剥蚀，加上部分灾害地质及水动力作用，导致风电场桩基基座及连接电缆局部裸露和悬空，悬空管线承受内部作用力、外界水压力以及振动等，可能导致结构物及悬空电缆的疲劳破坏；裸露及悬空的管线受到水动力作用，使得裸露及悬空区域不断扩大；此外，裸露及悬空的管线也更容易受到船只抛锚和渔业作业的破坏。

因此，定期对海上风电缆线及桩基进行外部检测，调查海缆的实际路由位置，海缆的状态，查明其埋藏、裸露及悬空情况，并对管线路由沿线及桩基周围的海底地形地貌进行调查监控显得十分关键。

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桩基周围环形冲刷区，电缆裸露

传统作业方式

在传统作业方式中，对桩基水下部分及海缆的检测主要依靠人工运维船或专业作业船，在船上搭载声呐探测设备开展水下检测。但风电场水域的风场及流场较为混乱，运维船在风电机组之间穿梭作业，人工驾驶存在操作难度和碰撞风险问题。目前，由于国内海上风电检测工作成本较高且风电场相对较新，检查工作较少实施，但随着大量海上风电场的建成及服役期增长，海上风电检测作业需求将逐年增长，单艘船的作业效率将无法满足高频次检测的需要。

新型解决方案

目前，一种新型的海上风电检测运维平台已经投入使用，即采用无人艇作为检测作业手段，它将能有效应对传统海上风电检测提出的挑战。无人艇可从码头出航或随母船（运维船）作业，可通过公网、专网、卫通或借助升压站与陆地部分通信链路实现实时数据传输，工作人员在岸端或母船上即能实现海上风电检测运维工作。与有人船实施检测运维工作相比，无人艇具备较高的定位及控制精度，艇体灵活转弯半径小，可严格执行计划测线任务，避免人为操作失误，作业安全性高，碰撞桩基风险低，同时无人艇实时自动调整动力大小与方向，保证较高的贴线精度，有利于检测作业整体效率。

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无人艇实施检测示意图

无人艇作业方式

还具有如下其他优势：

⒈人员无需随船作业，劳动强度低，安全风险低；

⒉支持多艘协同作业，可成倍提高检测运维效率，有效利用海上作业时间窗口，为高频周期性检测提供可能性；

⒊任务执行高效、标准、重复性强，利于检测运维历史数据对比发现问题；

⒋不受昼夜时间影响，提高单天作业量；

⒌燃油及运行费用低。

以无人艇搭载多波束测深仪、侧扫声呐和浅地层剖面仪等常规海洋调查设备，可获得海上风电水下电缆及桩基检测数据，如：桩基及电缆周边海底冲刷及堆积状况、海底电缆位置及埋深和海底电缆悬跨高度弯折角度等。

无人艇在海上风电场工作

应用案例

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江苏风电场桩基及海缆冲刷检测

时间：2019年1月

地点：江苏省海域

使用设备：海洋探测无人艇、实时三维声呐

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无人艇作业现场

2019年，云洲智能M80海底探测无人艇搭载Coda Octopus实时三维声呐Echoscope对江苏省海域的风电桩基及海缆进行检测，检测目标为15公里110kV主海底电缆、80公里35kV回路海底电缆、38台风机和升压站。经过数天的作业，共检测出桩基处海缆悬空多处，悬空高度数米；海缆冲刷裸露多处，J型管接出后持续裸露数十米；还发现海缆弯折半径过小，海缆路由与已知施工坐标偏差等现象。

本次风电场桩基及海缆冲刷检测实现12小时连续作业，检测效率为20个桩基/天+20公里海缆/天。三维声呐检测结果实时形成并立即回传，现场工作人员可及时调整任务航线及三维声呐角度，对桩基周围冲刷异常区扩大检测范围。无人艇依照桩基位置和海缆路由自主航行，位置最大偏差小于1m，同时可保存任务航线，方便持续检测形成历史数据对比。

作业监控现场

桩基周围砂被受破坏，海缆悬空数米

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某桩基电缆管口至入泥处悬空裸露数十米

海缆过度弯折

海上风电市场方兴未艾，发展迅猛，通过无人艇这一新兴水面智能作业手段，探求一种新型海洋工程检测运维方法，发挥智能无人设备的特性，可解决海洋工程常态化检测问题，还能不断提高运维质量，降低运维成本，创造风电场收益最大化，为服务我国重大海洋战略需求提供快速、高效、智能的无人运维新模式，不断推动我国海上风电运维的可持续发展。