综述：从海岸输电系统（CTV）到海上风力涡轮机的人员转移安全问题——一项先进的综述

《Ocean Engineering》：Safety of crew transfer from CTV to offshore wind turbines - A state-of-the-art review

近海风电人员转运船（CTV）的安全与效率优化研究，系统综述了CTV设计、运营及国际指南标准，提出数字孪生与低排放推进技术可提升安全性和成本效益，强调IMCA、ACP指南在标准化流程中的关键作用。

　　

Krish Thiagarajan Sharman | Malakonda Reddy Lekkala | Moohyun Kim | Suqin Wang

马萨诸塞大学阿默斯特分校机械与工业工程系，美国马萨诸塞州阿默斯特市，01003

摘要

通过船员转移船（CTV）将人员转移到海上风力涡轮机上是一项对安全至关重要的操作，该操作受到海况、CTV性能以及风力涡轮机平台性能的限制。本文回顾了风电行业的近期发展，以及人们对船员转移过程中风险评估和安全措施实施意识的提高。尽管有多种类型的服务船舶在使用，但由于CTV市场份额的增加及其在美国新兴海上风电市场中的广泛应用，本文重点关注了CTV。最近关于CTV的研究集中在新型船舶设计、船舶对接系统、运动补偿走道系统以及灵活的桥梁系统上。在本文中，我们调查了全球海上风电行业的最新技术，并探讨了为提高安全性、效率和整体运营完整性而推荐的涉及CTV和步行上班（W2W）系统的最佳实践。减少运营停机时间是提升海上风电行业竞争力的关键。然而，这些成本因素往往与以安全为导向的推荐实践（RP）发生冲突，因为后者本质上较为保守。因此，我们强调了国际指南（如IMCA、ACP海上转移指南和船级社规则）在标准化安全程序、船舶设计和操作标准方面的作用。展望未来，数字孪生技术和先进数值建模的整合，以及为CTV开发的低排放推进概念，为提高安全性和成本效益提供了潜在途径，同时使海上风电行业与全球脱碳目标保持一致。

引言

海上风电行业已迅速发展成为全球可再生能源生产的支柱，因为迫切需要缓解气候变化并转向可持续能源（Ramachandran等人，2022年）。海上风电场利用了丰富的海洋风能资源，相比陆上设施能够提供更高的能源产量，同时减少对陆地的影响，从而支持大规模的脱碳努力和长期能源安全。虽然这些系统级优势非常重要，但它们也推动了海上资产的快速扩张，这些资产在其服务寿命期间必须能够可靠地访问、操作和维护（Borsotti等人，2026年）。海上风电行业相比陆上风电具有多项优势，这些优势进一步凸显了高效运营和维护（O&M）以及船员转移物流的重要性。关键好处包括：

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由于海上风速更强且更稳定，具有更高的能量潜力，从而能够使用更大容量的涡轮机。

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减少了对陆地的限制，因为项目选址远离人口密集区和土地使用冲突区域，拥有大量可用于大规模开发的海洋空间。

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技术进步，包括更大的叶轮和浮动基础，提高了效率，但也使项目不得不进入更深的水域和更具挑战性的环境。

这些海上风电技术的最新进展显著增强了该行业的经济可行性和竞争力（DOE，2024年）。涡轮机设计的创新，如更大的叶轮直径和更高的塔架，提高了能量捕获效率和总体发电能力（Rastogi，2021年）。此外，基础技术的改进，包括浮动平台和单桩基础，扩大了海上风电项目的地理覆盖范围和部署潜力，使其能够在更深的水域和更偏远的位置进行开发（Bentley，2022年）。

根据最近的研究，海上风电的中长期发展预计将越来越多地转向浮动平台，以便在更广泛的水深范围内获取高质量的风能资源（McMorland等人，2022年）。这一趋势在图1中得到了清晰体现，图表显示了随着时间的推移，从固定单桩基础向浮动半潜式基础的转变。随着项目向更远的海域和更恶劣的环境发展，全球风电行业的增长表明需要一个庞大且专业的供应链，该供应链不仅提供资本设备，还为运营和维护提供强有力的支持（Shields等人，2022年）。这包括供应船舶、训练有素的船员以及有效的船员转移程序，以便在风力涡轮机单元上进行各种检查、操作和维护活动。

影响运营和维护（O&M）成本的关键因素包括维护的位置和类型、转移距离、使用运动补偿接入系统的船员转移次数和类型，以及工作班次组织（Hammond和Cooperman，2022年）。对于浮动式海上风电来说，这些方面尤为重要，因为可访问性受到海洋条件和平台运动的影响，而在拖航至港口和现场维修策略之间的选择对停机时间和安全有重大影响（Besnard等人，2013年）。对海上风电解决方案需求的增加为运营和维护（O&M）的创新提供了机会，但这些创新必须与尽可能降低平准化能源成本（LCOE）的需求相平衡。随着海上风力涡轮机离岸越来越远，更长的距离、更恶劣的海洋条件和更复杂的接入物流显著影响了船舶策略、停机时间和总体运营支出，使得运营和维护规划及船员转移成为未来海上风电发展的核心挑战。

海上风电项目依赖于多种专门的船舶来安装、运营和维护整个生命周期中的涡轮机，船舶的选择直接影响可访问性、安全性和运营和维护成本。在这种情况下，安装和服务船队的组成和容量成为大规模海上风电部署和有效船员转移策略设计的关键限制因素（Li等人，2024年）。图2显示了维持风电行业发展所需的各种船舶类型的需求。值得注意的是，对船员转移船（CTV）的需求尤为突出。实际上，作者预测每年至少需要5艘WTIV、10艘补给驳船、58艘CTV、11艘SOV和4艘电缆铺设船（CLV）来安装基础和风力涡轮机。虽然大多数船舶最初主要用于安装方面，但随着检查和服务的重要性日益增加，对CTV的需求也在增长，这也是本综述的重点。图3展示了用于建造、维护和服务海上风电场的各种类型的船舶。

随着设备的发展，人力也得到了增长。海上风电的经济影响超出了能源生产本身，促进了就业创造、基础设施发展和沿海地区的经济增长。全球对海上风电项目的投资激增，这得益于支持性的监管框架、政府激励措施以及降低成本和改善项目经济效益的技术进步（Terra，2025年）。随着运营能力的扩大，运营和维护（O&M）就业变得越来越重要，因为这些工作在整个项目生命周期中都是必需的，并且会随着时间的推移而累积，而不仅仅是在建设期间达到高峰。这种增长轨迹使海上风电成为向低碳经济转型的关键参与者，为全球范围内的能源安全和环境可持续性做出了贡献。

经济方面的好处，如就业增长，是行业发展给社会带来的重要益处。图4展示了海上风电行业中与运营和维护相关的工作机会的预期增长，突显了风电场整个生命周期中对技术人员、海上船员和支持人员的持续需求。涡轮机接入对人员安全具有重要意义。根据全球海上风电健康与安全组织（G+，2024年）的数据，由于从/到船舶的转移而导致的高风险事件和伤害是十大工作流程之一，船舶操作在最近的事故统计和安全分析中一直是一个反复关注的焦点。更好地了解环境和操作窗口有助于减少人员伤害并提高安全性。在这方面，行业中特别关注两个关键问题：（i）确保从CTV（及其他船舶）到涡轮机和变电站结构的安全转移；（ii）提高运营和维护船舶中使用的动力和推进系统的效率并减少其对气候的影响。

船员转移船的类型

CTV可以根据其船体几何形状进行大致分类，见图5（BMT，2024年；Sea Boats，2014年）。双体船有两个由共同甲板结构连接的长半船体。半船体之间的间距可以根据空间需求进行调整，以提高波浪中的稳定性和性能。双体船CTV的特定特点包括：

a.

适用于海上风电的船员转移

b.

较大的工作空间和载重能力

c.

相对较高的运动性。

d.

典型的限制波浪高度

船员转移方法

CTV与海上风力涡轮机（OWT）之间的船员转移可以通过以下方式进行（ABS，2020年）：

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人员转移载体。

•

走道、桥梁或住宿梯子，包括运动补偿液压走道。

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允许人员安全转移的对接结构。

为了使用这些方法安全地转移船员，相对运动、加速度和最小空气间隙是重要的方面，此外还需要船舶的定位能力。对于较小的CTV而言，直接

CTV的关键方面

海上作业必须具有高度的成本效益，因为每一项开支都会影响输送到电网的每千瓦能源的成本。由于海上风电与其他能源来源（如石油和天然气、太阳能、潮汐能和核能）竞争，CTV必须最大化其运营范围，以确保频繁和可靠的运行。关键属性包括抗沉性和转移性能，这些直接影响到运营范围和可用性。由于CTV在风电场的所有阶段（从建设前的调查开始）都被使用

环境考虑

减少运营停机时间是提升海上风电行业竞争力的关键。目前行业在定义海上风电运营的环境限制时，通常依赖于指定允许的最大波浪高度。然而，这种方法被认为过于简单化，无法充分发挥先进船舶和设备设计的能力（Wu，2014年）。它可能会限制决策者

路线优化

相当一部分运营费用与船舶物流相关，其中维护活动的路线规划和调度起着重要作用。维护船舶，主要是SOV和CTV，必须应对具有挑战性的环境条件、狭窄的运营窗口和严格的人员班次限制。优化它们的部署对于减少燃料消耗、最小化停机时间和保持高涡轮机可用性至关重要。

在海上风电场中，路线优化至关重要

指南

本节提供了一套关于海上风电场船舶设计、建造和运营的实际指南，确保符合美国海岸警卫队（USCG）的规定、船级社的要求和相关国际标准。它侧重于填补创新船舶设计方面的监管空白，提高安全性和操作性，并促进设计师、运营商和监管机构之间的有效合作。随着海上风电行业的快速发展

结论

本综述强调了CTV在确保在各种运营条件下安全、高效和具有成本效益地访问海上风力涡轮机方面的重要作用。研究一致表明，船舶设计参数（包括船体形状、护舷板配置、推进类型和转移方法）直接影响转移性能、操作限制和技术人员的安全。比较研究表明，先进的船体类型（如SWATH和SES）可以显著降低

CRediT作者贡献声明

Krish Thiagarajan Sharman：撰写——审阅与编辑、监督、项目管理、资金获取、概念构思。 Malakonda Reddy Lekkala：撰写——审阅与编辑、原始草稿撰写、可视化、方法论研究、正式分析。 Moohyun Kim：撰写——审阅与编辑、可视化、方法论研究、正式分析。 Suqin Wang：撰写——审阅与编辑、可视化、方法论研究、正式分析、数据整理。

利益冲突声明

作者声明以下财务利益/个人关系可能被视为潜在的利益冲突：Krish Sharman报告称获得了海洋能源安全研究所的财务支持。如果有其他作者，他们声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文报告的工作。

致谢

本研究由海洋能源安全研究所联盟（OESIC）通过美国内政部安全与环境执法局（BSEE）和美国能源部（DOE）的资助完成，依据协议编号E21AC00000。本文件中的观点和结论仅代表作者本人的意见，不应被视为美国政府的观点或政策。提及商标或