風電機組運行維護現狀研究與展望

田洪海

摘 要：隨著全球能源日益緊張和環境問題日益突出，大力發展可再生資源已經成為各個國家能源研究的主流趨勢。文章針對風電機組在國內的運行狀況以及相關概念進行闡述，并以海上風電機組運行維護成本現狀作為研究出發點，實現對風電機組運維現狀和發展趨勢進行討論。

關鍵詞：風電機組；維護現狀；展望

中圖分類號：TM614 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）24-0127-02

風力發電作為一種環保發電方式，風力發作為一種成本低、安全、環保且儲量大的可再生發電能源，具有較大的開發價值。據世界能源組織統計發現，我國陸地面積上的高層風力儲備大約為7.5億kW[1]。我國的風能儲備比較豐富，其開發的前景相當廣闊，但是我國的風力發電技術遠比國外技術落后，因此發展風力發電的同時必須針對風電機組運行維護現狀進行分析，為提升風電機組運維做出貢獻。

1 國內風力發電發展現狀以及相關技術

1.1 國內風力發電發展現狀

我國地域遼闊，海岸強較長，沿海地區的風力資源相當豐富，我國的平均風功率密度為100 W/m2，我國的風能資源儲量約為32.26億kW。隨著我國經濟快速發展，各項建設對于能源需求越來越高。自從上個世紀90年代開始，我國風電產業快速發展，且發展的速度高于30.00%。我國風力發展技術不斷進步，能夠滿足我國風力發電的基本需求，同時還將建設成為世界主要風力發電設備制造供應地。

根據我國風能協會發布的風電裝機容量統計，截止2010年底，我國新增安裝風電機組大約為13 000余臺，裝機的容量達到18 900 MW，比同時期增長37%。2015年累積安裝風機組35 000臺，裝機容量45 000 MW，比同時期增長73.3%，由此可見風力發電在我國發展越來越高好[2]。

1.2 風電機組概述

風電機組主要由風力發電機、蓄電池充電控制器、支撐發電機組塔架、卸荷器、逆變器、蓄電池組、并網控制器等組成。風力發電機組一般包括風輪葉片、加固件、發電機以及風輪等組成。風力發電作為新能源，其與傳統的發電技術相比而言存在著很大的差異，風電快速發展需要國家政策大力支持。

從國際風力發電情況來看，凡是風力發電發展速度迅速的國家，均有政府部門的政策支持。隨著新能源的發展，國家給予了風力發電巨大的能源政策支持，國家政策為確保風電設備制造和風力技術的發展提供了巨大幫助。

隨著我國電力市場不斷擴大，對于風電設備需求日益增大，目前的風電設備市場供應能力不能夠滿足需求。隨著風電設備整機安裝的需求不斷增大，大型軸承、齒輪箱、葉片、電控設備等供給能力已經不能夠滿足要求，因此風電設備的市場需求潛力不斷增大。

我國風能資源儲存豐富，風電產業迅速發展已經成為了全球風力發電比較活躍的地區。風能屬于清潔可再生能源，其受到了世界各國的高度重視，世界風能市場以每年40%的速度增長，預計在未來的20年內將以每年25%的速度遞增。

2 海上風電機組運維現狀

2.1 海上風電機組運行可行率

近年來，隨著風電產業的快速發展，世界風力發電技術也有了更大的進步。目前，風電行業中可用率是風電機組招標的重要門檻，同時也是質量保證期驗收的重要標準。可用率主要指可用時間和不可用時間的比值，其反應出了設備在長期運行過程中處于正常運行狀態的概率[3]。

因此海上風電機組運行實踐中，反映出維修性，根據設備不可用時間所包含的內容，可將可用率進一步劃分為固有可用率。電力系統可靠性作為電力系統可靠運行的重要指標，電力系統故障修復和不計預防性維護等其他因素均會引起停運。

目前，有很多參考文獻對風電機組可用率進行統計研究，通常情況下使用可用率進行表示。海上風電機組的使用率在一定時間內有較大的波動，且通常會低于技術可用率水平，然而技術的可用率相對穩定。齒輪箱故障作為海上風電機組和陸上風電機組最主要的停運根源，據資料統計陸上風電機組中齒輪箱的平均修復時間為260 h，海上風電機組的齒輪箱修復時間可能花費360 h以上[4]。控制系統主要為海上風電機組和陸上風電機組，因此這兩者屬于停機頻率較高的部件之一。

2.2 影響海上風電機組運維成本因素

2.2.1 風機各部件可靠性

從風機組的故障來看，機組停運的主要原因有故障停運、檢修停運、保護停運以及電網停運等幾個方面。故障停運和保護停運是海上風電機組停運的重要原因，致使保護停運的事發頻率較高，故障停運的時間較長，引起電力系統停止運行時間較長。

2.2.2 天氣因素

海上天氣條件對于風機運維影響主要表現在下面三個方面：

其一，風速和浪高對于船只等交通工具運行的可行性影響很大；

其二，浪高對于海上風機登陸約束；

其三，風速、浪高、雨、霧以及夜晚等視覺影響情況，對于海上吊裝、機艙外作業限制很大。風速在12 m/s以下、浪高2 m以下是海上風電運維船只出航的基本條件[5]。

不同海域風電場各個月份存在著很大的差異，不同的季節出航的時間長短不同。

2.2.3 運維人員配置和管理制度

雖然海上風電機組的運維已經開始了很長時間，但是其并未形成足夠的標準，應該積極積累經驗，對海上風電機組的維護必須要具備很高的專業性，以確保海上風電機組故障得以控制。

海上風電場可進入性相對較差，設備的檢測狀態和故障診斷不能夠完全借助人力進行檢測，那么在實際工作中如何專業配置維護人員將會對海上風電機組運維產生巨大影響。海上風電機組維護人員至少需要2個技術人員，部分部件的維護工作需要4人之多，因此維護人員多少與技術專業性與否直接會影響海上風機運維成效。

2.2.4 交通工具因素

海上風電機組運維離不開交通工具，而船只和飛機作為其主要的交通工具，在運維過程中除了承載維修人員和維護工具外，還用于重型設備、大型設備吊裝。海上風機運維必須配備不同的運維工具，考慮到不同設備出現故障的情況不同，所使用到的工具也不一樣，風電機組運維中應考慮到成本問題。

一般來說，小型船只的年租費用約200萬元，大型起重船的單次出海費用可達1 000萬元，可見船風電機組運維中成本消耗非常高，如何合理配置海上交通工具將成為風電機組運維必須解決的問題[6]。

3 風電機組運維展望

3.1 風電機組運維數據收集研究

風電機組運維數據、經濟性統計以及可靠性等都是風電機組后續運行的重要基礎。國內相關運行統計的數據較少，國內高校和科研機構等研究數據較少，并且難以開展。隨著大數據時代的到來，大數據技術有助于挖掘風電機組電場累積信息。

3.2 風機容錯運行研究

海上風電機組故障在所難免，海上風電機組維護時間較長，維護難度和成本相對較高。海上風電機組除了傳統的冗余設計之外，容錯控制是很多電機設備上容錯運行的主要模式。容錯控制主要指控制系統中某些元件發生故障，系統仍然能夠按照期望的性能指標運行，還可以完成相應的任務。

3.3 風電機組多部件系統研究

近年來，隨著海上風電盛行，風電機廠的規模越來越大，每個風電場包含數十臺、數百臺風電機組的風電場已經非常常見。但是當前對于風電機組的研究和運維仍然處于大部分單機單部件和單機多部件系統的研究，而單機多部件系統仍然是處于基礎的經濟相關性的研究之中。對海上風電機組進行故障相關性、結構性以及功能相關性分析，以此來實現對風電機組故障維護。

4 結 語

雖然近年來風電技術得到了快速發展，但是風電機組在實際運行過程中面臨著各種各樣的問題。風電機組在運行過程中如何保障運行的穩定性、可靠性以及高效性將成為近年來風電機組運維重點考慮問題。

本文通過對風電機組運維現狀進行分析，針對相關技術進行詳細介紹，為提升風電機組運行能力提供重要支持。本文選擇海上風電機組運維現狀及展望作為主要研究內容，探討了風電機組在運維過程中的一些問題，為提升風電機組運維質量提供保障。

參考文獻：

[1] 施鵬飛.風電長遠可能占中國總電量的10%——電網是當前風電發 展的瓶頸[J].綠葉，2009，06：71-79.

[2] 黃國平.概述風力發電和風電齒輪箱[J].科技致富向導，2011，27：188.

[3] 李秀峰.關于風電機組出質保后運維方式的探討[J].科技致富向導，

2015，15：150+278.

[4] 王月香，趙英杰.風電行業及風電塔架用鋼的現狀與發展趨勢[J].萊鋼 科技，2015，02：1-4.