海上风能开发

本书是一本介绍和分析在海上风电场安装工程中所进行的计划和管理工作的专业参考书。全书大致可以分成两大部分：第1～8章介绍海上风电场安装工程的前期准备和相关管理工作；第9～18章介绍海上风电场安装工程的港口、船舶相关知识，指出海洋特性对安装工作的具体影响因素。附录部分涉及在海上进行运行与维护。
本书值得与海上风电场安装、建设、运行和维护工程相关的每一位工程师、研究人员、管理人员和政府人员仔细阅读和体会。

库尔特 E.汤姆森，是本书的策划人，他具有创新性的想法并发明了功能性的海上风电场。作为一名建筑师和专业的吊车司机，他开发出世界上首台用于海上风力发电机的起重船，并申请了专利。此前，世界上尚无一种方法能够成功地在海上运输和安装风力发电机。他创办了四家公司，其中一家名为A2SEA A/S的公司已经在丹麦、瑞典、荷兰和英国的海域上安装了超过800台风力发电机。
世界上大型的风力发电机生产商，包括维斯塔斯、歌美飒、通用电气、西门子、阿海珐和恩德，一直跟Thomsen先生合作研发新型的风力发电机设计，以在海洋条件下拥有更高的产出效率。他当前的公司先进海上解决方案公司，已经开发出能够同时运送18台风力发电机的技术，该技术可以在24h内完成大量的安装工作。
作为一名广受欢迎的会议发言人和咨询师，Thomsen先生已经编辑和翻译了包括英语、德语、挪威语和丹麦语在内的多本技术书籍，他还是Cranes Today杂志的特约专栏作家。

译者序
原书序
致谢
关于作者
第1章海上风电场概述1
第2章风电场如何取得许可证6
2.1美国6
2.1.1海上风能潜力6
2.1.2海洋规划7
2.1.3请求建议书8
2.1.4联邦许可9
2.1.5州、地区和当地的许可10
2.1.6宣传推广11
2.2英国11
2.2.1海上风电潜力11
2.2.2海上规划11
2.2.3离岸租赁12
2.2.4许可与同意12
2.2.5其他的行业支持13
2.3德国13
2.3.1海上风电潜力13
2.3.2政府许可14
2.3.3州许可14
2.3.4海上风电常委会14
2.3.5其他重要的海上风电市场14
第3章项目计划16
3.1项目战略纲要16
3.1.1组织16
3.1.2符合许可的健康、安全和环境条件17
3.2项目执行计划19
3.3生产的启动22
3.3.1物流配置23
3.4投标及承包策略25
3.5质量保证和质量控制要求27
3.6安装时的人力资源27
第4章基本组织31
4.1销售32
4.1.1确认工程32
4.1.2投标项目32
4.1.3准备合同32
4.1.4协商条款32
4.1.5雇用子供应商33
4.1.6准备项目计划和执行文件33
4.1.7指定所有产品和服务33
4.1.8指定接口33
4.2计划33
4.2.1设计项目设备34
4.2.2设计项目进程34
4.2.3设施及指定设备的设计与计划34
4.2.4指定认证及其他形式的文本文件34
4.2.5开始前进行施工方法的尽职审查34
4.3质量保证与健康、安全和环境36
4.3.1明确接口及要求36
4.3.2项目的承诺36
4.3.3风险评估36
4.3.4危险识别37
4.3.5工作程序37
4.3.6供应商评估38
4.3.7员工训练38
4.4项目管理39
4.4.1工程尽职调查39
4.4.2签约子供应商39
4.4.3建立或收购并执行所有设备和服务39
4.4.4配置并管理现场40
4.4.5运载及安装风电机组41
4.4.6所有工作的文档41
4.4.7协调质量保证/健康、安全和环境工作41
4.5服务部门41
4.6技术管理42
第5章项目准备46
5.1确定项目参数46
5.2外包产品和服务47
5.3制定项目的健康、安全和环境计划与步骤48
5.4开发质量保证/质量控制的计划与步骤49
5.5确定方法和所需的设备49
5.6定义配套设施50
5.7编制最终的项目时间表50
5.7.1装备的选择51
5.7.2风力发电机类型51
5.7.3审计合同供应商52
5.8实施供应商和承包商的计划和程序53
5.9准备陆上和海上施工现场54
第6章项目执行59
6.1审核59
6.1.1必要的文件59
6.2项目启动顺序61
6.2.1岸基的准备和进展62
6.2.2海上场地的筹备和进展62
6.3监测活动64
6.4项目管理配置65
第7章接口管理69
7.1主要接口及随附的责任69
7.2与EPC承包商立约72
7.2.1DIY或分包73
7.3经济73
7.4接口和文件移交74
第8章健康、安全和环境管理86
8.1健康、安全和环境管理为何重要86
8.1.1项目中最重要的单个活动86
8.1.2健康、安全和环境组织86
8.2健康、安全和环境文件结构87
8.2.1监控和报告89
8.2.2审核和纠正动作与方法89
8.3健康、安全和环境与国家机构90
第9章工作船的协调93
9.1机构设置和职能93
9.1.1VTTC法律法规94
9.2操控中心及开展的工作94
9.2.1交通协调94
9.2.2交通控制95
9.3监督的组织95
第10章物流方案98
第11章常用安装方法102
11.1基础102
11.1.1重力式基础102
11.1.2单桩式基础103
11.1.3导管架式基础105
11.1.4三脚架式基础106
11.2安装基础108
11.2.1基础安装的运输109
11.2.2保护已安装的基础110
11.3注意事项111
11.3.1海港111
11.3.2装载111
11.3.3运输111
11.3.4出发及出发后111
第12章船舶及运输至海上安装121
12.1船舶类型121
12.1.1自力推进顶升船121
12.1.2有拖船协助的自定位顶升驳船122
12.1.3漂浮设备122
12.2选择特殊船舶时的权衡123
12.3评估设备125
12.3.1基本信息127
12.3.2运作及预订128
12.3.3装载量129
12.3.4预装配131
12.3.5开放式或封闭式甲板的可用度131
12.3.6吊装（顶升）系统132
12.3.7推进和DP系统134
12.3.8起重机类型135
12.3.9运输模式136
12.3.10顶升和顶降137
12.3.11等候天气139
12.3.12人员转移和居住140
12.3.13总结141
第13章有关港口的基本信息145
13.1理想港口的特点145
13.1.1项目港口及它们如何工作145
13.1.2港口来回运输145
13.2港口对项目的影响146
13.2.1理想港口的规模和布局146
13.2.2船舶与港口的组合147
13.3运行与维护147
第14章项目标准151
14.1海上接入系统151
14.2波浪152
14.3风153
14.4水流153
第15章运输风力发电机157
15.1安装船类型158
15.1.1单体船159
15.1.2双体船159
15.1.3SWATH船159
15.1.4起重船159
15.2运输系统164
15.2.1可用的系统164
第16章部署策略170
16.1海上设备共享170
16.1.1使用直升机171
16.1.2额外的安全设备172
16.1.3成本模型172
16.2维修船行业的未来趋势173
16.3人员船的选择标准173
16.4有关人员船的基本信息175
16.4.1海上接入系统（OAS）类型175
16.4.2一般参数176
第17章维修海上风电场180
17.1如何工作180
第18章环境及其他问题183
18.1保护环境183
18.2废弃物管理184
18.3污染问题186
18.4工作环境189
18.5打桩噪声189
18.6沉箱191
18.6.1沉箱基础安装的方法193
18.6.2使用沉箱安装单桩194
18.6.3使用沉箱安装锚桩196
附录关于运行与维护运输系统的结论199
A.1船舶199
A.2转移系统199
A.3建议200
结语202

原书序 1.本书用途 本书是作者10年实践经验的总结。10年前，没有人以商业用途为目的安装海上风电场。已经或正在安装的测试场所（主要在丹麦）包含的装机总量有600kW且数量有限。2001年，第一个半商业化的包括20台2MW的Bonus(现在属于西门子公司)风力发电机的风电场安装在米德尔格伦登（Middelgrunden）沙滩上的哥本哈根入港口。这些风力发电机的安装是个人积极性的结果，其中包括住在哥本哈根的被称之为米德尔格伦登的居民。这种积极性又被公用事业单位打退了，原因是其为了20台风力发电机提供电能签署了PPA。这使得风电场的建设成为可能，安装工作始于2000年。 当这个项目被计划和执行时，没有海上工作的设定标准，没有活动的安排，没有法律框架可以规范涉及健康、安全与环境(HSE)以及项目许可的活动。所有的这些在项目的进行中一直在发展。我写这本书是为了记录这些被证明足够可靠的发现、经验来维持10年的海上风电的建设，而且已经形成了海上风电场建设中立法的基础，最好的实践标准的设定以及健康、安全和环境规范。 这里主要为这项进展中的工作呈现什么？这意味着这些数据、声明和发现是我可以及时地给读者呈现的最好的信息。因此，本书在以后的几年里会不断地更新，新的信息和更多的作者会在安装风电场的过程中贡献可用的数据。 本书的意图是为理解海上风电产业创建一个坚实的基础。然而，这也是一本包含了我这几年在产业中的一些轶事的图书，我也希望为读者的想法提供一些精神食粮。我的信念是本书可以使得学习和记住这些往往令人讨厌的数据变得更加有趣。赠人玫瑰，手有余香。 2.读者对象 本书适用于已经涉及或即将涉及海上风电产业的每一个人，不论是咨询师、财务官、工程师还是技术人员。本书致力于解答在风电场安装项目的前期、中期和后期可能遇到的共同问题。 本书记录的最新10年的经验将会帮助专业人士指明正确的方向。它也将会给财务人员一个机会来问一些技术问题，这些问题对于决定项目计划和执行是否合理和经过充分的思考很有帮助。工程师也能够安排计划而不用遇到在海上风电场的安装中经常出现的最大和最明显的障碍。 健康、安全与环境（HSE）专家将能够从安全的角度估算出怎样开始和执行计划和过程的监测。财务人员将能够提出一些更深层次的问题和理解更多的进程、可能的风险以及为什么这个世界在办公室外看起来会不一样。 本书的意图不是为了呈现一个一劳永逸的文档，而是提供一份可供读者作为开始海上风力发电生涯使用的报告书。在很多的统计数据、注意事项和意见能够使用之前，对更高深的知识和信息有巨大的需求。这就是为什么一个人可以从这里开始和在散落全世界各地的人的研究成果的基础上工作的原因。读者需要定位和整理出信息从而能够专业的工作。在读完本书之后，读者会感觉到自己在风电场知识上的信心。 3.作者对于风电场的感觉 读者知晓作者的背景是重要的。坦白地说，我对于基础和风力发电机的海上安装的某些执行方法是存在偏见的。因此，本书的推荐和异议的内容反映了我个人的观点。当然，推荐的内容和观点源于自己在产业上多年的经验。 然而，如果我说这里描述的方法和过程是安装海上风电场的唯一正确途径，那肯定是错误的。所以，无论什么时候，当一个方法或者过程被描述时，我都会努力整理出其各方面的缺点，也会列出实施工作的其他可能的方法。对于本书中的文件和陈述，什么样的观点被采纳取决于读者自己。 需要说明的是，尽管书中描述的方法和过程可以使用，但其他的解决方法或许也可以。我做了真诚的努力，用不带偏见的话阐明提出的可供选择的方法的优缺点。我会一直运用实际测试来决定一种方法的可行性和有效性。 我相信我们可以设计任何东西。在海上风电场产业中提出的许多可供选择的方法在技术上是可行的，而且可以应用于其他产业——主要为海上油气开发。但是，这些技术和方法的成本可能阻止它们被使用在海上风电场的产业中。无论我什么时候列出可供选择的方法，我都会申明这一点。 读者应该一直对书中的陈述保持开放性的思维。最基本的是理解事物的焦点——安装海上风电场，但在现实中，观点可能根据说话的对象而有所不同。因此，说明和推荐的内容应该作为一个指导方针——有些事情之前已经做过，有些方法可能改变——所有这些都是为了给读者准备关于这个产业更进一步的学习、真实的工作和基于事实的观点。 4.读者能从本书中获得的知识 在完成本书之后，我希望读者能够对海上风电产业有更深的理解。读者能够做出主要的决定，从头到尾地安排海上风电场项目的计划和执行方法。 读者需要知道怎样做出最好的选择以及将要面临的后果。这非常重要，因为每一次海上环境因素的改变，后果可能超出改变单一的因素造成的影响。 就这一点而言，海上环境提出的挑战是不同于陆地上的。为什么会这样？一个很好的例子是当你因为有限的地面条件改变了基础的尺寸的时候。在陆地上，你会询问岩土工程师：为了获得坚固稳定的地面，多少额外的材料需要转移。一旦得知，你就可以估算出多少额外的混凝土需要填充来为风力发电机建造合适的基础。这是相当明确的工程，不是真正复杂的事。完成它需要计算数量、一辆挖掘机以及额外的时间。 对于海上风电场而言，这是一个完全不同的工作。第一件事是询问钻芯的额外设定来了解海床的变化程度和深度。这可能极大地改变了将要被使用的基础系统。举个例子，波罗的海二号工程Baltic 2就有个这样的具有挑战性的地面，不得不建造两种不同类型的基础：单桩式和导管架式。这就是恶劣的海底条件造成的结果。然而也没有更好的办法了。 如果基础或地面不同于基线设定的特性，整个风力发电机-基础计算的迭代过程是不同的，从而单独的基础也会不同。而且，如果基础不同——比如说，在同一个海上风电场中，一个导管架和一个单桩，在安装容器中需要两套适航固定装置，需要两种类型的锤子来打桩等等。相较陆上，变化非常大的海底条件会引发影响深远的后果。 这就是为什么说阅读和理解所有的海上风电场项目变化原则的因素是重要的。读得越多，对这个产业的理解越彻底，从而能够持续地改善形成自己观点的基础。这就是本书的目标：传递信息和促进讨论。 这不是一本食谱，能够让读者查阅任何问题并且很容易地得到答案；它的目的是给读者提供机会，让他们能够开始自己的思考过程和发展方法及提出问题。这里是查找注意事项、建议、事件和指南的地方，以此来开创成功建造海上风电场的最直接的途径。 因此我建议你读下去并且使自己受到教育。对已经做过的事一笑而过，仔细思考这个产业中正在自由漂浮的各类想法。所有这些都在本书中，通过给予读者自我教育的最好基础来使他们成为这个产业的专家，我希望有一天能在海上风电场遇到其中的一些人。 最后的建议：当我刚进入海上风电场这个产业的时候，没有人知道我们在干什么。我们知道在环境最积极的时候，我们很幸运地做出了重大且艰难的决定，并且有幸遇到两年的好天气。这些条件并不是理所当然的。有一位好朋友兼同事曾经说过：“好的计划使得幸运的次数最大化……” 情况就是这样。这是我的坚定信念：只要我们开放思想、准备接受新知识并且听取合理的建议，我们就可以成功地做成想做的事。无需惧怕作为一名新手而进入这个行业。从本书和事实中，你会学到：泰坦尼克号是由一群技术最熟练的工程师建造而成，诺亚方舟是由一个业余的人建造的。所以，好消息是机会属于我们每一个人。正如我过去做的一样，我们只需要开放地接受它们。