论文总字数：25520字

摘 要

海上风电作为新兴能源行业，因其土地资源占用低、能效比与收益高的优势而在世界范围内迅速扩张。随着海上风电场数目的增多，其对船舶通航的影响也日益凸显。本文旨在研究海上风电场对船舶航行的影响，辨识关键影响因素，量化其影响程度并进行风险演化建模。

本文通过文献调研和专家调查综合的方法总结出海上风电场对船舶安全航行的影响因素，并通过专家调查获取各因素影响程度的成对比较数据，利用层次分析法对各因素的影响程度进行量化。通过系统动力学构建风险演化模型，研究各类风险因子的相互作用关系。最后基于数据分析和模型结果，对海上风电场的建设和船舶航行提出建议。

关键词：海上风电场；船舶安全航行；风险演化模型

Abstract

As a newly emerging energy industry, offshore wind power is rapidly expanding worldwide due to its advantages in efficient land resource utilization, high energy efficiency ratio and profitability. With the number of offshore wind farms increases, their impact on ship traffic raising smoothly. The aim of this paper is to study the impact of offshore wind farms on ship navigation, identify key impact factors, quantify the extent of their impact and model risk evolution.

This paper summarizes the influence factors of offshore wind farms on the safe navigation of ships through a combination of literature research and expert survey, and obtains paired comparative data on the degree of influence of each factor through expert survey, and quantifies the degree of influence of each factor using hierarchical analysis. Constructing risk evolution models through system dynamics to study the interaction relationships of various risk factors. Finally, based on data analysis and model results, recommendations are made for the construction of offshore wind farms and ship navigation.

Keywords: offshore wind farms; safe ship navigation; risk evolution model

目 录

摘 要 I

Abstract II

目 录 1

第1章绪论 4

1.1研究目的及意义 4

1.1.1研究目的 4

1.1.2研究意义 5

1.2国内外研究现状综述 5

第2章海上风电水域船舶航行行为特征分析 8

2.1 海上风电水域航行环境特征分析 8

2.1.1 风电水域航路分布影响分析 8

2.1.2风电水域无线电、雷达设备干扰分析 8

2.1.3风电水域船舶通航环境分析 9

2.1.4其他相关分析研究 9

2.2典型风电场水域的管理因素分析 10

2.3 海上风电水域交通流特征分析 11

2.3.1 数据分析 12

2.3.2 综合分析 15

2.4 海上风电水域船舶航行风险影响因素识别 15

2.4.1环境因素 17

2.4.2管理因素 18

第3章 海上风电场影响船舶航行安全特征因素辨识与讨论 20

3.1 海上风电场航行安全评价模型 20

3.1.1 现有安全评价方法的选择 20

3.1.2 层次分析法介绍 23

1）层次分析法评价过程 23

2）层次分析法框架设计 23

权重函数计算方法 23

3.2海上风电水域船舶航行安全评价框架 25

3.2.1 问题描述 25

3.2.2 安全模型层次框架 26

3.2.3 因素编码 26

3.3 示例研究 27

3.3.1 数据采集对象 27

3.3.2数据处理及权重计算与一致性检验 27

3.3.3结果讨论与分析 30

4.1研究结论 32

4.2研究展望 32

致谢 33

参考文献 34

1. 绪论

1.1研究目的及意义

1.1.1研究目的

近年来，风电能资源以其资源分布广泛、开发方式环保的优势在世界范围内吸引了人们的关注。海上风电因为其风力资源更加丰富的特点，与陆上风电能源的开发情况比对来说，具有显著的优势，成为世界各国开发利用的重要可持续能源之一。目前，世界已建成的海上风电场多集中于欧洲北部水域及我国沿海水域，其中欧洲方面的水域建设主要国家包括荷兰、英国、德国等国家。根据全球风能协会统计，全球的风电机组装机容量正以每年20.37％的速率扩张。截至到2017年底，其装机容量已超过50亿KW，而海上风电机组新增装机的容量更是达到了52492万KW。由于我国幅员辽阔及海域宽广，同时具有极为丰富的海上风电场的发展条件与风电能源及海上风电场发展条件。并且在目前阶段我国的海上风电建设主要集中于广东、浙江、福建等沿海水域。截至2020年，中国海上风电场总建成输出电力达3000万千瓦。新能源产量不断攀升,详见图1.1。

图1.1 我国近十年电力统计数据

在海上风电蓬勃发展的同时，新建海上风电场可能会对附近船舶安全通行环境造成显著影响，主要体现在对船舶航行习惯影响、对船舶雷达探测及无线电信号传输干扰、对交通流特征干扰等多个方面。有别于传统海上人工建筑，海上风电场分布范围更为广泛，对船舶航行安全影响更为复杂，目前对海上风电及船舶通航环境之间相互影响规律研究尚不明晰，国际海上通航安全研究热点问题是对风电领域安全保障的研究。准确梳理海上风险水域影响船舶航行安全关键风险因素，探究海上风电对水域内交通流影响的规律将有助于进一步研究海上风电场未来发展趋势，具有强烈的理论和现实需求。

因此，本文旨在通过研究准确辨别海上风电场对船舶安全关键风险要素，基于适当的风险演化机理对风险演化规律进行探讨分析，从而为海上风电安全保障研究提供相应的经验和参考。

1.1.2研究意义

目前国内外有关风电场研究方面已经具有一定的进展，国外方面例如Martin Hassela等^[1]（2014）在有关船与风电场碰撞、船与风电场建设关系、船舶间相互碰撞、船舶搁浅、雷达无线电等航海仪器影响、海上搜救、对风险评估合理性的影响、风险接纳标准等方面进行了一定的研究，指出风电场可能在上述问题中存在一定的影响；而国内方面例如任浩翰^[12]也就海域方面、船舶交通领域、船舶通讯设备等进行了一定的研究。但与此同时，由于海上风电场属于新兴崛起领域，相关方面的文章所探讨的问题并没有将各类风电场对船舶安全通航的因素全部汇总并进行权重比对与风险演化模型的构造与分析。本文将就因素的摘取与数据的处理以及模型的构建分析方面展开研究，将理论与实际结合，能够实现对海上风电场对船舶航行影响因素的梳理与归纳，有助于指导相关人员在船舶事故发生前做好相关防范工作，辅助相关人员或部门快速而有针对性地对风险做出响应。

1.2国内外研究现状综述

（1）国外研究现状

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