基于平價上網的海上風電運維策略分析

周瓊芳

摘 ?要：海上風電是最具規模化開發的可再生能源。2020年我國海上風電裝機容量將突破8.5GW。2019年起推行海上風電平價上網，對海上風電的發展產生深刻影響。目前海上風電運維成本高，運維成本是陸上風電的2～3倍，在度電成本占比高達25%～40%。研究發現，科學合理的運維策略是降低海上風電度電成本的有效途徑，采用預防性維修策略，出海運維作業次數下降34.7%，可有效降低海上風電度的運維成本和度電成本。

關鍵詞：海上風電;平價上網;度電成本;運維策略;預防性維修

中圖分類號：TM614 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）22-0126-03

Abstract： The offshore wind power is the most valuable renewable energy for large-scale development. The total capacity of offshore wind power will exceed 8.5 GW by 2020 in China. The government has been promoting the wind power grid parity since 2019， which will be far-reaching effects on the development of offshore wind power. Now the cost of operation & maintenance of offshore wind power is high， which accounts for 25%～40% of the levelized cost of electricity （LCOE） and is 2～3 times that of onshore wind power. It is found that scientific and reasonable operation & maintenance strategy is an effective way to reduce the LCOE. Preventive maintenance （PM） strategy can reduce the number of shipping operations by 34.7%， thus effectively reducing the cost of?operation & maintenance and LCOE of offshore wind power.

Keywords： offshore wind power; grid parity; levelized cost of electricity （LCOE）; operation & maintenance strategy; preventive?maintenance （PM）

前言

目前，風力發電技術日益成熟，單機容量大型化和規模化開發趨勢明顯，其中海上風電資源豐富、環境污染小，受到廣泛關注[1]。自2010年我國上海東海大橋風電場并網以來，海上風電發展迅速。全球風能理事會（GWEC）的數據統計，截至2018年底，全球海上風電累計裝機容量23GW，其中中國4.4GW，占比約19.2%（如圖1）。全球海上風電正進入加速發展階段，預測未來五年全球將新增裝機容量32～40GW，其中2020年中國海上風電累計裝機容量將突破8.5GW，2022年達到11.5GW。

隨著海上風電技術進步和規模化開發，我國海上風電的單位容量投資成本逐年下降，為海上風電參與競價上網和平價上網創造了基礎。

1 我國海上風電上網電價政策

目前，我國潮間帶風電上網電價（含補貼）為0.75元/kWh，近海風電上網電價（含補貼）為0.85元/kWh。

近兩年，國家加快了海上風電平價上網的步伐。2018年5月，國家發改委能源局頒布《關于2018年度風電建設管理有關要求的通知》（國能發新能〔2018〕47號），要求2019年及以后新增核準的海上風電采用競價上網方式。2019年1月，國家發改委能源局發布《關于積極推進風電、光伏發電無補貼平價上網有關工作的通知》（發改能源〔2019〕19號），2019年5月配套出臺《關于公布2019年第一批風電、光伏發電平價上網項目的通知》（發改辦能源〔2019〕594號），2個通知要求積極推進海上風電平價上網，力爭2020年全面實現平價上網。隨著競價上網和平價上網的不斷深化和推進，將對我國海上風電的發展產生深刻的影響。目前，我國海上風電的上網電價普遍高于煤電標桿上網電價，按照通知精神，推行平價上網，海上風電將面臨巨大的運維壓力。對于海上風電，降低運維成本將是全行業健康發展的關鍵。

2 我國海上風電的電價水平

統計我國沿海9省市海上風電的電價水平，其中項目資本金比例、資本金內部收益率、貸款利率按30%、10%、4.9%，各省市平均上網電價測算見表1[2]。表1顯示，海上風電上網電價較煤電標桿上網電價高0.3528～0.479元/kWh。

3 我國海上風電運維現狀和存在的問題

海上風電運維工作包括設備管理、技術管理、安全管理、人員管理以及維護成本控制等。國內海上風電運維模式主要有3種方式[3]：開發商自主運維、委托制造商運維和獨立第三方運維。由于開發商自主運維方式能夠有效控制運維成本，保障機組設備的可靠性和可利用率，是未來海上風電運維的主流模式[4]。

我國海上風電的運行維護具有顯著的特點：（1）運維市場潛力巨大，預計2020年質保到期的海上風電機組總容量將超過1000MW;（2）運維市場處于初步發展階段，缺少海上風電運維經驗，海上風電運維成本統計和分析數據的積累尚不夠充分;（3）國產海上風電機組的試驗、驗證工作不充分，機組故障率高，運維成本高;（4）風電運行和維護存在脫節，由于風電開發過程中過于依賴設備供應商的技術支持，開發商缺乏獨立進行風電場運維的能力;（5）海上風電涉及海洋、海岸、船舶、電力等多個行業，專業復雜且技術要求高，海上風電相關的安全、信息、機組維護、運維交通及調度等方面尚未有相應的國家和行業標準、規范;（6）缺乏風電機組運行狀態分析和評價的工具和方法，無法對運維成本進行精確的估計和測量[5]。

根據海上風電場運維統計數據，海上風電運維成本是陸上風電的2～3倍[6]，運維成本高的主要原因：（1）海上風電機組運行環境惡劣，風電設備易受鹽霧、臺風、海浪、雷電等惡劣條件影響，風電機組部件失效快，機組故障率高，維修工作量大。據統計，齒輪箱、發電機和風機軸承等關鍵部件故障占比50%以上[7]，海上風電機組的年平均可利用率一般只有90%左右，低于陸上風電機組95%～99%的可利用率[8];（2）海上風電運維的可達性差，運維需要特殊的運維船只、機具，零部件的運輸和吊裝成本遠高于陸上風電，如1個容量30×5MW的風電場需要配備1艘運維船，每年的租賃費用約200萬元[9];（3）海上運維受天氣因素影響大，機組有效維護時間短且具有隨機性，每年有效維修作業時間不足200天且集中在4～9月，維護成本高[10];（4）缺少海上風電運維經驗，維護作業側重于修復性維護，預防性維護能力差[11]。據有關文獻介紹，海上風電運維成本在度電成本中的占比高達25%～40%[12-16]。

4 海上風電運維策略

為了保證和維持風機設備的可利用率，必須運用科學合理的運維策略和手段。同時，海上風電機組運行環境惡劣，運維難度大，科學合理的運維策略也是控制運維成本的關鍵。

目前，海上風電運維策略主要有定期維護策略、事后維護策略和預防性維護策略[17-18]。定期維護是我國海上風電最為普遍的一種運維策略，一般每年2次定期維護，由于該方式不能全面、及時地了解設備真實的運行狀況，容易增大故障風險，增加維護成本[19]。事后維護是一種被動消極的維修策略，其結果影響風機設備的可靠性和可利用率。

預防性維護策略（Preventive Maintenance，PM）以預防故障為目的，通過設備日常檢查、檢測數據判斷風機設備運行狀態，及時發現故障征兆，在未發生故障但達到故障設定值時進行維修維護[2]。預防性維護將設備的事后維修改為事前預防維修，能有效防止設備故障的發生，設備檢修從技術和備件上更有準備，減少設備停機待修、檢修時間和非計劃的故障停機損失，延長設備使用壽命，降低維修費用。從長期影響和成本比較看，預防性維護比定期維護或事后維護更有意義。

通過風機預防性維修策略模型，基于海上風電故障維修的威布爾分布函數，采用遺傳算法對機會維修閾值進行優化[17]。模型研究運行周期730天，預防性維修造成風機平均停機時間降到16.35天，出海運維作業次數由原來的72次降到47次，下降34.7%。模擬結果顯示預防性維修策略可有效減少運維次數，有助于降低風電場運維成本，提高運維活動安全性和靈活性，避免維修過剩情況出現，減少停機損失。

5 結束語

（1）通過9省市海上風電的上網電價測算，我國海上風電上網電價普遍高于煤電標桿上網電價，電價差值0.3528～0.479元/kWh。海上風電平價上網將對我國海上風電的發展帶來深刻影響。

（2）目前，海上風電運維成本是陸上風電的2～3倍，在度電成本占比高達25%～40%。研究發現，科學合理的海上風電運維策略是降低運維成本和度電成本的有效途徑，采用預防性維修策略，風機平均停機時間下降到16.35天，出海運維作業次數下降34.7%，可有效降低海上風電度的運維成本和度電成本。

（3）我國海上風電運維管理仍處于研究與探索應用階段，現有海上風電運維費用較大，如何利用先進技術和管理手段，降低運維成本，探索科學、合理、高效、可行的運維管理模式，將是今后海上風電運維策略研究的重點。

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