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随着下一轮海上风电场将建设在更远、环境更严酷的海洋中开展，George Marsh先生对最新的涡轮风力发电机接入系统的设计进行了研究。这些系统能够帮助维护工作人员即使在最恶劣的海洋环境中，也能够安全地从服务船到达涡轮风力发电机。
技术人员登上风力发电场的服务船（WFSV）到达植根于海床的涡轮风力发电机塔，在波涛汹涌的海洋环境中就像一个牛仔从一匹逆势疯狂的野马背上下来一样。对于每个技术人员来说，登上服务船或是每跳出一步都需要很大的勇气；虽然这应该是一项安全、可控的操作，但是其中也存在着一定的技术挑战。
现在的做法是将服务船（WFSV）紧紧地顶在发电机塔的缓冲杆上，并保持向前推进。船上专门配置的船舷挡板和缓冲杆之间的摩擦力能够限制船舷的垂直摆动，因此，至少在踏上发电塔的悬梯时可以比较方便。
这种“顶和跳”的方法只能适用于现在所使用的比较小、比较轻的船舶，在浪高最高可达1.5米（HS）左右的环境中进行操作。然而，对于更远距离海上的大型工艺操作，任何一个可行的操作窗口，都需要面对高达2.5米或以上的海浪，那么使用这种方法可能就无法产生摩擦力。那么，有没有其他的方法呢？ （图片） 选项
无论哪种船舶都需要使用一个接入系统，在与目标悬梯连接或接近的地方有一个固定的点，然后安置一个登船/平台，使技术人员可以像在陆地上一样方便地从一端走到另一端。可以使用船舶甲板上的可延伸舷梯来实现，通过调整它的角度得到所需的位置。
但是这非常困难，因为船舶的移动有六个自由角度—颠簸、翻滚、偏移、升沉、浪涌和摇摆—并且各种移动都有可能在甲板延伸舷梯的末端产生放大。虽然现在已经有了应对这一挑战的技术，但是在性能和成本之间还需要进行权衡，所以在实践中，这种系统可能还无法有效地抵御这六种船舶的移动。
对于哪种类型的接入系统才是最好的，有如下两种不同的意见：
● 一种是采用伺服器和电子控制系统来定位接入平台；
● 另一种是在发电塔上固定一个接入的设备，进行被动的调整。
主动定位
已经开发出了一些船舶机电一体化（机械/电子）的解决方案，通俗的说法就是船舷上的液压操作舷梯。舷梯末端的登船平台是使用电子控制系统的加速度运动传感器产生的信号传输到液压伺服器来进行定位的。其实从本质上讲，船舷运动所产生的信号都是相反的，并且逆向检测信号都是经过放大再反馈到伺服传动装置来移动平台的。
根据这些“逆运动学”如果船舶的船舷抬起，舷梯的末端就会下降。特定的系统会考虑到所有的轴运动并进行相应的反馈。
目前正在进行推广的一种解决方案是由Houlder Limited公司与海洋建筑专家BMT Nigel Gee Associates合作开发的涡轮风力发电机接入系统（TAS）。这种设备的主要功能是使用由集成系统开发和控制（ISC）有限公司（Integrated Systems and Control (ISC) Ltd）公司，一家斯特拉斯克莱德大学（Strathclyde University）的下属公司开发的控制软件进行操作的。
ISC的Andy Clegg博士解释说该软件是使用LabVIEW，一种图形系统设计工具进行设计的。首先，使用动态模拟的方法建立在实际的情况下所需要达到的控制要求。然后，当实际原型系统的性能能够与模拟所预测的互相匹配时开发团队才会感到满意。
得益于这种计算的方式，就能够精确地计算逆运动学液压控制的长度以及应用率来缓解船舶的升沉、颠簸和翻滚。船舶的移动是使用运动监测装置进行监测的。运动监测装置在开启后需要五分钟的时间进行预热，它会根据海洋的具体情况发出操作的信号。
通过信号过滤器过滤掉噪音和其他的影响因素，然后反馈给一系列的串级控制回路。使用平衡的方法将船舶对液压和电力的需求控制在峰值以内。反馈并预测来确保闭环伺服控制的精确度。使用浪涌循环缓冲器来调整船舷和船尾的（浪涌）。调整后的信号被馈送到液压传动装置并对平台进行定位（通过触摸屏幕对TAS进行人工操作）。
TAS安装在一个金属框架上并使用螺栓固定在船舶的前甲板上。在走道的两侧还有一些固定的扶手。主体结构是使用船舶级别的铝合金制成的，能够减轻结构的重量。其他功能还包括防滑的舷梯涂层和交通灯光系统等。
登船舷梯末端的滚轮能够与涡轮风力发电机塔架的摩擦条产生摩擦力以帮助抑制船体的晃动。Houlder Limited公司表示TAS已经加入了几种工作船的设计之中，能够提供一个不需要动态定位或其他复杂船舶系统的稳定平台。能够抵御垂直最高+/ - 1.5米，船舷角度为+ / - 25度的船舶移动。2012年的夏天，TAS首次在南安普敦举行的海上作业展览会上公开亮相。（图片） 其他选项
一台不太复杂的设备，一个简单的电子控制系统，那就是总部设在英国的Otso公司正在开发的Autobrow，由Ad Hoc海洋工程设计有限公司（Ad Hoc Marine Design Ltd）进行设计并且由WFSV制造商South Boats公司作为顾问。Autobrow使用液压传动装置提供平衡力，主要作用于存在大部分运动的垂直方向，当然也有一些横向的运动。舷梯/桥梁上的可伸缩的跳板，能够抵御浪涌和水平力并可以保持舷梯和涡轮风力发电机塔之间的连接。设计可用于发电塔的新建和翻新，Autobrow的重量不到一吨，可以安装在更小、更轻的服务船舶上。（图片） 在更大的规模上，德国Momac GmbH公司制造的Momac海上传输系统（MOTS）使用安装在角楼上的机械臂运送一个空中升降吊篮。机械臂和吊篮都是通过电子液压进行控制的，因此风力涡轮发电机的技术人员可以进行精确的定位，使用了他们的设备，能够方便地与风力涡轮发电机进行来回的运送。
MOTS 5000系统可以缓冲高达3.2米的垂直运动，并可以在浪高达到2.5米的海上环境中进行安全转移。它利用了成熟的机器人控制元件以及一个复杂的伺服控制系统，Momac公司表示。一艘船舶的运动参考单元是通过一台激光传感器进行检测的。传感器能够精确地记录船舶与风力涡轮发电机之间的距离，准确地进行定位。还具有多重安全保障功能，以确保操作的安全性。
MOTS 5000的重量为四吨，适用于进行涡轮风力发电机的翻修和新建。除了从风力涡轮发电机来回运送技术人员，它还能够进行船对船的运输，例如从海上的补给船舶运送补给物资到服务船上。MOTS 5000已经通过了试航，并且获得了成功，但是在配备动态定位（DP）系统的服务船上还需要进行进一步的试验。
同时，还有一种更大的MOTS 1000，重达7吨，适用于安装在更大的服务船上。两种型号都可以在使用DP系统或无DP的服务船上使用。（图片） 被动的解决方案
上述提到的所有接入系统使用的都是主动的控制系统。然而，总部设在英国诺森伯兰郡的Osbit Power Ltd公司，却开发了一种截然相反的解决方案，一个完全被动的系统。在这个系统中，服务船和涡轮风力发电机塔的相对运动是通过机械联动装置对自身进行被动的调整来进行的，而不使用伺服系统或电子控制系统。
MaXccess T12系统设计可用于长度为15~25米的服务船，它是一个延伸的舷梯结构能够简单地夹住风力涡轮发电机机的缓冲杆，使得技术人员在登船/离船时有一个固定的连接舷梯可以通过。服务船的运动被舷梯的铰链所吸收—可以允许+ / - 10度的运动（+ / -15度是结构的上限）+ / -15度的滚动（20度是结构的上限）以及+ / - 10度的偏移。
船长可以使用一些接触头来靠近风力涡轮发电机，以适应不同的海面情况，锁定到一条缓冲杆上，然后将服务船定位到悬梯旁。因为它没有主动平衡系统昂贵的成本和其他并发症，因此Osbit Power Ltd公司将MaXccess定位为一个实用且低成本的解决方案。
使用了这种系统可以允许服务船舶自由地颠簸、翻滚、偏移，因此能够大大减少了‘天气不好’日子的影响，在一些使用‘顶和跳’登船方式的船舶只能回港等待好天气的日子里能够提供安全的接入条件，该公司的销售和营销经理Ben Webster先生说。
此外，MaXccess还缓解了在目前的传统操作方法中可能产生的当一个大浪打向船舷时，船舷的缓冲垫和涡轮风力发电机缓冲杆之间会失去摩擦力，锋利的船舷会产生剧烈的摇晃这样的危险情况，Webster先生说。MaXccess通过使船舷的缓冲垫与涡轮风力发电机缓冲杆之间保持分开的状态避免了这一情况的产生。
为了实现这一点使用了最大达到16吨的水平力，同时钳夹系统也可以保持12吨的垂直作用力（T12指定）总的来说，这些为服务船提供了高达65吨的平衡力可以在浪高达到两米的环境中进行操作，Webster先生说：“虽然每个人都谈到了浪高，但是相比排名前三的最高海浪，那些只是平均的海浪高度，只有非常高的海浪才可能会造成一些破坏。我们有一个智能联动系统，允许服务船产生晃动，同时防止在这些大浪时钳夹产生脱落。这是整个系统中工程难度最大的一个部分。”
不需要将船舶全速猛推靠岸，MaXccess减少了燃料的使用量，避免了挡板的损坏以及其他船舶的磨损和撕裂，他补充说。MaXccess还有一个交通照明系统，以保证人员上下的安全、夜间照明、液压故障安全操作、视频监控、记录钳夹定位的仪器、滑动定位、水平负荷（前部和后部）和垂直负载以及数据记录。
触摸屏控制单元能够使用图形显示钳夹的状态以及系统的负载并可进行诊断。这使得运营商能够了解什么时候通道是安全的以及什么时候需要松开钳夹系统。
MaXccess T12的重量为1.5吨，通过一个基架用螺栓固定在前甲板上。它需要长4米（从船舷挡板的前端开始）宽1.5米的甲板空间。Webster先生说系统已出售给了西门子风能（Siemens Wind Power）和挪威国家石油公司（Statoil），前者已经在Great Gabbard风力发电场使用了将近五个月。同时也得到了劳埃德船级社（Lloyds Register of Shipping）的CLAME设计认证。（图片） Osbit能源公司（Osbit Power）正在制造一种更强大的系统，一个具有18吨垂直平衡力并可适用于较大的最高可达约110吨排水量的服务船舶。目前的时间表预计将在今年春天开始进行测试，测试系统是否能够抵御2.5米的浪高。这将使它能够适合在离岸更远的海上风力发电场进行操作。
展望未来，为了优化第三轮风力项目建设的接入系统，该公司已经获得了英国DECC的拨款，用于开发新一代使用一个万向舷梯的系统，能够适应更广泛的操作条件。这也是一个被动的系统，Ben Webster先生说。
哪种类型的系统更好，主动的还是被动的，作为远离岸边的海上风力发电场的基础服务设施，正如英国第三轮风力发电项目的建设，仍然可见一斑。然而，似乎这样的设备将有助于使“加强信任感，在服务船舶和发电塔之间进行输送比现在的方法更加可靠。
11/25/2013
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