海上風電項目運行維護管理成本因素分析

王曉蒙

【摘? 要】筆者通過對我國國家示范項目、上海市重點項目 —上海東海大橋100MW海上風電示范項目在投運并網四年時間中運維實際經驗的總結，對影響運維管理成本的因素：自然環節、可及性、機組和備件等方面進行分析探討。

【關鍵詞】海上風電運維成本因素

要做好海上風電運行維護工作，必須要在借鑒陸上風電場運行經驗，但是，海上風電場與陸上風電場的不同點，而這些差異點將明顯影響運維成本：

1、從自然因素分析，陸上與海上的風能資源 海上風能資源較陸上大，同高度風速海上一般比陸上大20%，發電量高70%，而且海上少有靜風期，風電機組利用效率較高。目前，海上風電機組的平均單機容量在3兆瓦左右，最大已達6兆瓦，風電機組年利用小時數一般在3000小時以上，有的高達4000小時左右。海水表面粗糙度低，海平面摩擦力小，因而風切變即風速隨高度的變化小，不需要很高的塔架，可降低風電機組成本。海上風的湍流強度低，海面與海上的空氣溫差比陸地表面與陸上的空氣溫差小，特別是在白天的時候，且沒有復雜地形對氣流的影響，因此作用在風電機組上的疲勞負荷減少，可延長其使用壽命。陸上風電機組一般設計壽命為20年，海上風電機組設計壽命可達25年，這將使運維成本在海上項目中在項目全壽命周期中占有更大的比例。

2、運行和維修技術難度較大，可及性差造成的高成本：海上風電場需要考慮風和波浪的雙重載荷，海上風電機組必須牢固地固定在海底，其支撐結構（主要包括塔架、基礎和連接等）要求更加堅固;海上氣候環境惡劣，天氣、海浪、潮汐等因素復雜多變，風電機組的吊裝、項目建設施工以及運行維護難度更大;所發電能需要鋪設海底電線輸送，建設和維護工作需要使用專業船只和設備，所以海上風電的建設成本較高，一般是陸上風電的2—3倍。其中，風機基礎投資大約為陸上的10倍。陸地風電場的基礎基本不用維護，而海上風電場由于受力（托舉力等），海水的嚴重腐蝕，必須定期進行安全風險和資金投入較大的潛水作業。

為了應對偶爾發生的、齒輪箱、發電機或其他的大型部件的整體更換，必需一艘起重船及拖船、運輸船等配套船只。但這些船只對于僅以運行、維護、檢修為目標的工作而言成本過于高昂，而難點主要在于必須確保當機組發生故障時，天氣、潮汐等自然因素符合船只的試航、風機停靠的要求，而且所需的起重機駁船又能狀態良好。機組停運期間就相當于發電收入的減少，不能及時獲得相應運維費用大幅上升將會導致成本上揚。

3、受大自然環境的不確定因素影響遠大于陸上風電，天氣、海況等因素嚴重制約了運行維護人員的可到達性（可實施檢查、維護的最基本條件）。對于運行維護的困難極端的狀態包括運維人員在塔筒內工作完畢，由于氣候或海洋條件發生變化，接送運維人員的船只無法靠泊（為避免船只受海浪、涌流影響，對風機靠泊平臺、基礎、防撞設施造成破壞，運輸船只往往在人員離船后，及時駛離風機），造成人員無法返回大陸，塔筒內部必須儲備足夠的食物和水，并且要在食物、水在保質期內及時更換、補充。

4、降低安全風險，用最低的事故率、最小的損失達到最佳安全投資效益。具體措施包括：安全預評估、并網安全評估、HSE評估、項目整體風險評估（HAZID）、通航安全評估（海上項目）、海纜風險評估（海上項目）、風險分析、火災風險評估、RCA事故根源分析。

5、機組的可靠性是難以控制成本的方面。由于有些海上風電的爆炸式發展，有些機組組裝之后經過足夠的臺架、現場試驗、驗證。除了這個因素，即使成熟的現有的海上風電機組已經發生過多次故障，齒輪箱被公認為風電機組故障的主要源頭，其次是發電機。這些機組大部分是基于岸上機組的設計制造，僅根據海上的氣候環境稍做修改，因此未必是最適用于海洋環境的風力發電機組型式。這部分不是運行、維護預算成本中最主要的一部分，而是風電機組中各類零部件產生的小問題導致經常需要維修人員去現場進行維護保養所累計的維護成本。機組的初始保質期過后，像齒輪箱這樣的大型零部件不會經常出故障，但那些小型的機械或電氣元件則不斷的有小毛小病產生。因為電流開路或者開關跳閘等導致電場停工的小問題，都需要配備船只、船員、技術人員，對陸上的維護人員而言都是麻煩事。

6、在役檢驗，做好備品備件、海上運行維護設備船只的建議，確保保持最好狀態，避免不合格品流入下道工序，減少質量隱患，包括，產品質量問題評估，質量問題修復檢驗，無損檢測、尺寸檢驗、應力分布磁記憶法檢測、防腐及防護層檢驗，風機各系統性能測試及調試，原材料理化性能試驗，型式試驗與出廠試驗等一系列措施。海上風電場運行和維護的成本對于整個產能成本具有重要影響，因此要求在風電場規劃、運行的各個階段做到對這些成本的可靠評估。

海上風力發電機組的供應鏈，與飛機維護、修理和檢修那樣的產業 供應鏈相比，成熟度相去甚遠，零部件和相關材料未必能確保準時送貨。風電場的運營商們試圖在岸上庫存足夠的零部件以備替換之需，目前這在研究相應的管理方案，擬最終實現機組原始設備制造商們按照定價合約提供所有的支持方案，使預算成本更合理化。就Douglas-Westwood公司所指出的，目前三年內歐洲的電力項目（一些推動海上風能發展的地區）集中于海上風電能的供應鏈建設。其目的在于彌合各地區間的差距，促進未來的相互合作。盡管這個由歐洲區域發展基金出資的項目主要關注于風電場建設，但一個健康的供應鏈將使整個運維工作受惠。同時，督促工廠按照計劃生產和發貨，調查和分析可能導致延遲的環節，分析供應商運輸和供貨計劃等，將會對供應鏈建設產生積極地推進。

7、在線監測和運維計劃缺乏必要的經驗和可靠的參考。由于海上風電機組型號、參數和生產廠家的多樣性和不確定性，造成在線監測和運維計劃制訂的困難性，由于制造、施工、運營等各方面都缺乏必要的技術支撐和可預見能力，往往會造成運維的規章制度和流程在實際使用在發生較大的變動，從而由于這種不確定的變動造成成本的不可控和超支。

8、海上風電運維的苛刻條件和高昂成本，要求高素質的運維人員，因此，必須做好人員的培訓工作，并積極引進外腦（咨詢等）風電產業鏈質量技術培訓，制造廠質量、技術、咨詢與培訓，風電場運營安全培訓，制造廠關鍵工藝完善和管理咨詢培訓，QHSE咨詢，風機選型咨詢，風電場微觀選址咨詢等，基礎設計咨詢等。

9、建立海上協調體系，確保海上風電場海事安全、設備、人員健康安全確保航行安全，確保海上工作人員的健康安全在職責，海上風電場全過程的船只管控，業主對風電場的實際控制，做好記錄/回放——每個細節必須做好記錄。

總結

隨著上海東海大橋海上風電（二期）工程預計總裝機容量達10萬千瓦級的新風電場的建設竣工，在一期項目在積累的運行維護經驗將進一步受到檢驗，并為我國未來的海上風電場運行維護提供更多的經驗和借鑒，切實落實國家為日益嚴重的解決能源緊缺和環境污染而設立的示范性項目的責任。

（作者單位：國電電力山西新能源開發有限公司）