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行業研究 | 淺談無人船艇在海纜工程建設中的五個優勢

     今年兩會上,“碳達峰”、“碳中和”被首次寫入政府工作報告,成為全民討論的“熱詞”。扎實踐行低碳戰略,大力開發更綠色環保的海上風電意義重大,相關平臺建設掀起發展熱潮。

      全球風能委員會GWEC(Global Wind Energy Council)發布的最新數據分析顯示,2020年全球海上風電新增裝機容量超過6GW。其中,中國連續3年領跑全球,新裝機量超過3GW,占全球新增50%以上。裝機量強勁增長的背后,也預示著巨大的海底纜線建設需求。

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    同時,國際油價在后疫情時代恢復上漲,激發全球海上油氣公司的投資動力。國際數據研究公司IHS Markit預測,2023年后亞太地區海上油氣投資將有較大增幅。其中,海底纜線被譽為海上油氣開發的“生命線”,海上油氣開發力度加大也將帶動海底纜線相關工程的發展。






成本高、效率低

傳統作業模式痛點明顯


      在海底纜線工程的勘設前期,需要進行地形地貌沉積環境調查、海洋水文調查等工作。傳統作業模式通常以調查船、浮標和潛標等為平臺,搭載各種儀器設備和傳感器完成海底探測、物理海洋觀測等任務。

      然而,傳統工作模式在環境復雜、工況惡劣的水域作業有著很大的局限性,作業成本高、效率低。大型載人船受自身體積、吃水深度的影響,不適合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;小型載人船抗風浪能力差、人員設備危險性高,且會在往返、補給和救治等環節上浪費大量時間;浮標和潛標雖然可在惡劣環境條件下長期連續進行綜合監測,但是機動性差,收放困難,設備成本高。

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圖 | 傳統載人船作業局限性較大

      在海底纜線敷設和施工保護階段,目前仍缺乏有效的施工安全監管手段。特別是在海底纜線敷設施工過程中,需要對外圍進行24小時的現場監護和警戒,以確保施工作業安全,但使用傳統的有人船進行監管,不僅費用過高,而且耗時耗力并存在人員安全風險。

      在海底纜線工程驗收及后期運維階段,因為海水腐蝕性強、水下環境復雜,海底纜線在水下存在沖刷裸露、懸空、路由偏差、彎折半徑過小等隱患,嚴重影響平臺安全及正常運營。目前海底纜線檢測缺乏智能化手段,需要大量人力多次重復檢測對比數據,人力投入大、檢測效果差。在后期運維時,也只能加大人力巡航密度以保障水面安全。

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圖 | 海底纜線運維中的水下隱患

      整體來看,隨著大量海上風電場、海上油氣平臺的建成及服役期增長,海底纜線檢測作業需求將逐年擴大,而傳統作業模式將難以滿足行業的發展需要。






基于無人船艇的全新解決方案

      針對海底纜線工程建設及相關運維痛點,具有機動、靈活、安全性高等特點的無人船艇,則可以彌補常規調查平臺在環境復雜、工況惡劣水域作業的局限性,以全新的解決方案破解傳統作業難題。

      無人船是一種可執行某項或某類任務,并基于任務目的進行功能設計的水面機器人。與有人船實施檢測運維工作相比,無人船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,同時無人船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。

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圖 | 無人船艇檢測風電場樁基及海纜沖刷

      而基于無人船艇在海底纜線工程建設中的應用,則可以有效解決前期調查、中期監管、后期運維環節的傳統難題。具體而言,無人船艇在海底纜線工程建設中可發揮五大優勢:

● 高效。無人船艇可在海上連續12小時作業,并通過集成多波束探測儀、側掃聲吶等設備,實現每天20個樁基或每天20公里海纜的高效檢測。

● 精準。無人船艇可依照樁基位置和海纜路由自動航行,位置偏差不超過正負5米。

● 實時。無人船艇具備實時高清視頻、遠距離點對點通訊能力,可在10至15公里范圍內,即時回傳航行監控畫面、3D聲吶檢測結果等。

● 安全。無人船艇可適應4至5級海況,具備自扶正、自動避障和無人自主駕駛等功能,并通過搭載光電吊艙、攝像頭、喊話器、救生筏等設備保障任務區域安全。

● 適應特殊環境。無人船艇吃水淺、水面機動性能高,可在部分有人船不能到達的區域開展工作。

      無人船艇可從碼頭出航或隨母船(運維船)作業,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,就能有效支撐海底纜線工程的全生命周期建設。

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圖 | 無人艇實施檢測示意圖

      未來,隨著無人船艇平臺技術的不斷進步,針對海上作業存在風險高、受環境影響大的弊端,無人船艇將更好發揮智能、高效、精確、安全的特性,通過搭載不同載荷執行多種作業任務,替代傳統人力進行高強度、高風險、重復性的海上作業,使海底纜線工程建設及海上風電、海上油氣行業進入智能化、無人化時代。






應用案例

案例一

地點:廣東省珠海市橫琴島

時間:2019年8月

使用設備:M40海洋調查無人船、RESON T20-P多波束測深儀

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圖 | 作業水域

      中海油某公司采用云洲M40海洋調查無人船搭載多波束測深系統對登陸海管(油氣管道)極淺段進行勘查。水流從窄河道流向寬海面,流速減緩泥沙堆積,造成待測水域平均水深6m,部分區段水深不足2m,導致普通船只難以駛入,采用常規海洋測繪方式難以實現水深測量。因水深不滿足一般作業船只安全性要求,為保障后續勘查作業的安全性和可行性,該公司采用云洲中小型無人船搭載海洋調查儀器方案實施前期勘查服務。

案例二

地點:江蘇黃海海域

時間:2019年1月

使用設備:M80”極行者”海洋調查無人船、實時三維聲吶、淺地層剖面儀

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圖 | 無人船艇的三維聲吶數據處理示意圖

      云洲M80”極行者”海洋探測無人艇搭載高精度實時三維聲吶和淺地層剖面儀,在江蘇黃海海域為中廣核新能源風電場電纜裸露現狀進行檢測評估,圓滿完成了38臺風機基礎沖刷檢測、海上升壓站基礎沖刷檢測、海底電纜沖刷檢測,調查海纜實際路由位置,海纜埋藏、裸露及懸空情況等作業內容,為風場后續的檢測作業和維護性施工提供依據。

結語

      海上油氣、海上風電領域具有廣闊的增量市場,海底纜線建設發展迅猛,通過無人船艇這一新興水面智能作業手段,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,推動我國海洋資源開發的高質量發展。


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