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风电知识 | 海上风电应急安全管理手段

日期:2023-04-20    来源:千尧科技

国际风力发电网

2023
04/20
11:51
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关键词: 海上风电项目 风电安全管理 风电建设

2022年11月,国家能源局发布《关于进一步加强海上风电项目安全风险防控相关工作的通知》(简称通知)。通知旨在贯彻落实《国务院安委会办公室 自然资源部 交通运输部 国务院国资委 国家能源局关于加强海上风电项目安全风险防控工作的意见》,促进海上风电安全可持续发展。这也是国家层面正式发文,严格监管海上风电项目开发运营,对我国海上风电项目科学有序开发、安全稳定发展具有重要意义。

图1 《关于进一步加强海上风电项目安全风险防控相关工作的通知》

通知从严格落实企业主体责任、加强施工安全管理、加强运维安全管理、加强涉网安全管理、加强应急管理、加强监督管理等6个方面对促进海上风电安全可持续发展,电力行业加强海上风电项目安全风险防控提出具体要求。通知指出,海上风电项目的业主单位是安全生产责任主体,在落实企业主体责任方面,应对勘察、设计、施工、安装调试、监理、运维、船舶运营等单位的资质进行审核,与相关单位签订安全生产协议,督促其落实各项安全保障措施;海上风电项目的勘察、设计、设备制造、施工、安装调试、监理、监造、运维、船舶运营等单位,依法依规承担相应的安全生产责任;电网企业应落实电网安全生产主体责任,加强海上风电项目的接入、运行监测等涉网安全管理,保障电网运行安全。

由于海上风电开发不同于陆地风电建设,在远离陆地的条件下,需要特别关注海况、水文、交通、气候等因素,能否及时掌握海上气象、水文等资料以及有效规避船舶碰撞的风险是对于海上风电运维提出更高的安全要求,相应的海上安全管理措施必须匹配到位。

本文主要从海上通讯组网建设、海上人员落水应急管理设备、海上风电电子围栏管理、海上巡检无人机应用、水域救援机器人几个方面进行基础介绍,相关研究内容和产品均来源于业内专家和厂商,旨在共同维护和建设海上风电行业的安全管理体系。

海上通讯组网建设

根据已建多个风电场的实际测试可知,海上风电场会对周边区域无线电背景噪声造成恶化(约10dB),还会对海事监管系统(V TS系统、VHF系统、AIS系统等)产生反射和遮挡,对海上安全通信造成的衰减,削弱海事通信监管系统的效能,进一步增大风机设施碰撞和输电管断缆事故风险。

2021年9月1日开始实施的《中华人民共和国海上交通安全法》第二十三条明确规定:国务院交通运输主管部门应当采取必要的措施,保障海上交通安全无线电通信设施的合理布局和有效覆盖。为贯彻落实《中华人民共和国海上交通安全法》有关规定的要求,也为保障我国海上通信安全、促进海洋经济的发展,我国相关部门有必要采取各种措施来完善海上通信。当前,如何完善海上通信覆盖、增强海上通信信号,解决海上风电场潜在的安全风险,保障海上风电场周边的船舶航行安全,保障海上风电、海上运输、渔业等行业良性发展显为较为紧迫。

1、利用海上风电场,建设海上通信补点基站

首先考虑补点VHF、AIS基站,让通信信号能够完整覆盖,实现船舶通信畅通,可利用海上风电场进行建设基站补点。

2、利用海上风电场,完善海上5G通信建设

海上5G网络既可以为航运事业提供有力的通信保障,改善广大海员的通信体验,也能推进海事管理智能化进程,大大降低管理成本和难度。

3、利用海上风电场,完善通信预警系统建设

根据海上风电场现场情况,利用海上风电场升压站增设VHF、AIS基站、雷达站点、CCTV,集合VTS、VHF及AIS系统,对各通信和监管手段进行集成,建立针对海上风电场的E航海水上交通安全预警系统。

4、完善辖区通信设施配套,实现通信信号有效覆盖

到目前为止,我国的海上通信基本还是依赖于陆上基站,如岸基的海岸电台,近岸港口使用的陆上移动通信基站等。第一要保障岸基海岸电台的正常使用;第二要加紧完成海岸电台设备的国产化数字化改造;第三要继续发展陆地通信;第四是加快海洋通信卫星建设。

5、主动介入海上风电建设,减少海上通信影响

在海上风电场工程项目选址阶段,海事、航保部门应主动介入、主动沟通、主动作为,根据海域特征,综合考虑港口航运的区域、海上风电区域以及其他工业用海的总体布局,充分考虑风电机组对海上通信导航的影响,,提出专业意见,避开通航密集区,优先开发对航运安全和海上通信基本无影响或影响较小的海上风电场。

落水应急管理设备

国际电信联盟WP5B第五次会议的阶段性讨论中提出指定一个专用于MOB(Man Overboard,落水人员报警设备)通信信道的建议,IMO(nternational Maritime Organization,国际海事组织)也对该设备有基本要求。

落水人员报警装置是一种可以方便的佩戴在人身上,能够监测和传递佩戴者的安全和位置信息的便携式设备。落水人员报警系统主要包括一个基站、若干个中继和多个用户终端,并采用时分复用方式实现短距离内的点对多点无线通信。基站每隔5s按序轮询每个用户终端,寻呼结束后,每个用户终端发出唯一的识别号,以告知基站佩戴者的安全状态和位置信息,基站按识别号区分显示所有佩戴者信息。如有成员不慎落入水中,终端报警装置立即将落水报警信息发送给基站,基站根据报警信息类型控制报警器进行报警,以告知其他人员。

AIS-MOB(AIS个人便携应急示位标)是一种可以安装于救生衣或随身携带的便携式应急示位报警装备,该设备可通过人工或落水自动启动,应用AIS自组织时分多址技术在AIS信道或指配的专用信道上,定时发送个人位置和报警信息,该信息可被所有AIS终端设备和基站设备接收显示,提高搜救效率。设备由AIS发射电路、GNSS定位、天线、电池等部分组成,可在紧急情况下连续工作48小时以上,可广泛应用于各类搜救系统。

AIS-MOB设备体积小巧,重量轻,并内置电池和定位装置,可广泛应用于个人救生等适合随身携带应用的场合。一旦发生紧急情况,可由人工操作,或落水后自动启动,以进入工作状态。

AIS-MOB应用AIS自组织时分多址技术,采用内置定位装置和电池供电方式,在AIS公共开放信道或指配信道上自动定时发送遇险人员的位置和报警信息,可为遇险人员搜救提供更有效的报警方式,该设备可广泛应用于各种搜救场合,并可拓展应用于陆上个人定位和紧急报警。

图2 市面上两种AIS-MOB设备样式

救生圈是由自然浮力材料制成的圆环救生器具,是供抛投入水让落水人员攀扶的个人救生设备;救生圈具有自亮灯、自发烟雾信号和可浮救生索。 

使用救生圈时,不要对着落水者抛投,应稍向其上风或下流处抛下。落水者应先抓住把手索,然后双手伸入圈内,压圈上翘,再将头伸进圈内,随即两臂搁在圈上。当落水者就在船边,尽可能使用带可浮救生索的救生圈,落水者抓住救生圈后,可将他拉到登乘梯旁。

救生衣是船舶必备的救生设备之一,其作用是使落水人员在水面时,脸部能露出水面待救,同时也可保暖,以防止身体热量散失。救生衣的属具包括哨笛和救生衣灯,每件救生衣均应配有一只哨笛,并用细绳系牢。

上述装备的信号触发可以基本实现对海上作业人员的安全状态监控和显示,当发生人员落水时可以进行及时报警,在一定程度上保障了海上作业人员的生命安全。

图3 人员落水应急管理平台流程

虚拟电子围栏管理

虚拟电子围栏顾名思义就是此围栏无物理实体,仅在软件系统上可见。基于风电场的风机GIS坐标数据,将所有风机坐标连成多边形,并根据风电场风机的坐标形状外轮廓线,将轮廓线适当外扩一定距离,此轮廓线即定义为海上虚拟电子围栏。

海上风电场在基建期与运维期,各类船舶随意的抛锚对风机、海缆的安全造成极大隐患,而风电场离岸距离远,环境恶劣,人员出海受到各类因素的制约。针对这些问题,提出海上风电场虚拟电子围栏技术,结合海上风电场数字化模型可以立体形象展示风电场升压站、风机及虚拟的电子围栏。在工程实践中对风电场及海缆周边划分虚拟电子围栏,对风电场周边往来的船舶严密监控,解决船舶抛锚对风机、海缆造成的安全隐患,全天候保障海上风电场的基建期与运维期安全。船舶在风电场周边抛锚、穿越可以导出包含船舶MMSI(海上移动业务识别)在内的闯入记录,极大减少人员出海需求,减少风电场运维成本。

施工期拟采用无线电措施增加警示效果,在风电场区域设置电子围栏,通过智能海事安全保障系统前端设备实现对营运期风电场内风机的安全和船舶的航行安全进行预警管理。

图4 电子围栏示意图

借助船舶AIS(自动识别系统)技术实现船舶定位,通过计算船舶在海上的坐标与风电场电子围栏相对边界关系,实现一旦外部船舶在风电场虚拟电子围栏范围内闯入、抛锚,系统实时计算风电场周边所有船舶位置关系,实时预警,全天候保证风电场周界安全。

海上无人机救援

在海滩溺水急救中,考虑到海上风浪因素,无人机比救生员到达求救位置的速度要快很多。由于无人机具有一定的飞行高度,其视频图像的范围比船上的可视范围要大数十倍甚至几十倍,因此在搜救最初阶段可使用无人机先行搜索落水人员,当无人机到达溺水人员位置时,可向其投放救生装备,从而保证在救生员到达现场前溺水者能够凭借无人机投放的救生圈保持漂浮状态,并进行适当的自救,争取更多的救援时间。法国Helper公司制造的“Helper”无人机能以80km/h的速度飞往溺水人员附近,并且通过全画质、超高清摄像头实时传回画面,对落水人员及其周围环境进行初步甄别。在确定溺水人员位置后,无人机可向溺水人员投放其携带的救生圈。该型无人机还自带降落伞装置,使其在发生故障时能够缓慢下落,避免由于飞机坠落造成溺水人员二次受伤。自2016年9月起在法国南部比斯卡罗海滩测试并使用后,“Helper”无人机已开展超过50人次的救助。

2021年,由Hyunjun Choi设计的LIFE DRONE,是一种可以在空中和水上行驶的两栖救援设备,可以在需要时从常规的机载四轴无人机变成水上摩托艇。无人机配备了一个动态的机身,以X型螺旋桨飞到人员上方,并下降到水中。当人爬上气筏时,便收回以I字形螺旋桨推动溺水者。底座配有自动充气救生筏,可部署在需要帮助的人附近。

图5 LIFE DRONE海上救援无人机

自2015年起,位于马耳他的国际人道主义组织海上移民救助站使用CAMCOPTER?S-100无人机在地中海巡逻,已经成功解救了超过1000名难民。2015年,英国Martek Aviation公司研发的ViDAR无人机搜救系统采用可180°旋转并记录的高清相机阵列将单次扫描范围扩大了80倍,同时结合自主学习算法能够自动侦测海上人眼无法看见的目标,包括小艇及落水人员,并向地面操作员传回实时图像。该系统目前已被美国、英国、澳大利亚等国装载在“扫描鹰(ScanEagle)”无人机上,用于海上目标的搜索。由于“扫描鹰”本身具有较为出色的续航能力,也具备一定的抗风能力,可在6级海况下执行海上搜救任务,装载ViDAR系统后能够以11 km/h的速度持续工作12h,单次海上搜索面积可达4.6万km2。

图6 “扫描鹰”无人机

水域救援机器人

水上救援机器人,应用于水上搜救,消防救生,牵引拖拽,救援运输等领域。救援机器人可采用遥控器/本机双模式控制,其内置无人驾驶控制芯片,智能辅助修正航线,并拥有红外智能人体检测、一键返航、失控返航、倒档等实用功能,是政府应急、民间各类水上救援组织的标准救援设备,适用于大海、水库、江河、湖泊等水上救援应用场景,同时也是船舶标准的救援设备,并能满足军方等特定救援任务时的系统化功能定制。

水上救援机器人操控分为本机模式和遥控模式,遥控模式功能除无法控制水上救援机器人电源按键外其他功能均可实现,遥控模式优先级高于本机模式,本机模式仅在遥控器未连接或通过遥控模式切换开关授权。

图7 市面上水域救援机器人

发现海边远处或近处有溺水状况时,救生员可以立刻抛投R1,遥控出发营救溺水人员,速度可达到7m/s,以快速到达溺水者身边。其次,它省去了花时间准备装备、召集救生员的过程,可进行单兵操作,节省成本,提高效率。

在航运中,货柜船、趸船、中流作业等形式出现的水上作业船只,都可能充斥着繁忙运送货物的情况,而 R1 救援机器人则可以搭载喊话器,在作业时候巡逻和提醒工作人员,注意水域安全,并在有突发事故的时候能迅速出发救援。

结语

海上风电场存在离岸距离远、海况条件复杂、可达性较差、通讯网络不畅、安全风险性高等不利因素,给风电场的建设和运行维护造成诸多不便。建立强大的安全管理体系且对风险点进行重点防护能够为海上风电场的人员安全提供极大保障,结合海上风电项目在国内的深入建设和不断尝试,逐渐对目前国内粗犷的海上风电场施工运维安全管控起到示范作用,通过业内专家和专业厂商的努力共同提高海上风电场建设运维安全管理水平,保障海上风电行业的全生命周期的安全系数。



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