海上風電場的運維模式與技術

鄭俊杰

【摘 ?要】風力發電對于氣候變化、環境保護、能源轉型等方面表現出巨大的作用，現如今，海上風電場的發展越來越快，盡管我國海上風電場的起步落后于其他國家，但我國未來風力發電不容小覷。本文主要分析目前海上風電場的運維現狀，探究現階段的運維模式和運維技術，為未來海上發電廠的發展方向提供參考依據。

【關鍵詞】海上風電場;運維模式;運維技術

海上風電場是在水深近30-50米的位置建設的近海風電場，與陸上風電場相比，海上風電場不占用土地資源，也不受地形地貌的影響，海上的風能可利用率較高，海上風電機組最大單機容量已達到7兆瓦，海上機組年平均可利用小時數約3500小時。因此海上風電具有風能資源豐富、對環境的負面影響小、易于規模化開發等優勢。我國的海上風能資源豐富，而且主要分布在經濟發達、電網結構較強的東南沿海地區，根據我國“十二五”可再生能源規劃，計劃到2020年海上風電裝機3000萬千瓦，尤其是在未來五年，我國的海上風電將進入快速發展階段。

一、目前海上風電場的運維現狀

盡管目前我國海上風電裝機的容量越來越大，但是其具有運維難度較大，費用較高等特點，導致海上風電的費用高于陸上風電的費用，這嚴重降低了海上風電場的收益。由于海洋環境的影響，使得海上風電場的運維現狀不太理想，主要有以下幾點。

（一）運維費用高

對海上風電場進行運維作業時，需要租賃或購買專業維護船，而市場上大部件維護的船舶較少，使用時還需排隊，直升機運維目前成本非常高還暫不能普及，因此，需要消耗大量的資金，各種零部件的運輸和吊裝成本遠遠高于陸上風電場。除此之外，海上風電場的運維工作受海上環境的影響，機組故障容易受天氣和潮水的影響，不能及時進行機組處理，造成一定的電量損失，導致海上風電場維護的成本高于陸上風電場的3倍以上。因此，尋找科學合理、切實可行的運維模式成為目前海上風電場開發和維護中需要研究的重點問題。

（二）機組出故障率高

目前我國的海上風電場基本上分布在東南沿海地區，盡管海上風電場的風速較大，年利用小時較高，然而運維作業時受環境影響明顯，經常受到團霧、臺風、海浪、雷雨天氣等惡劣的自然天氣所影響，嚴重降低風電場中風電機組的使用壽命，機組出故障率高。另外，一般海上風電場距海岸20千米以上，距離較遠，不利于日常巡視檢查，所以，海上風電場機組出故障率顯著高于陸上風電場機組。根據調查統計，海上風電機組的年平均可利用率為80%左右，而陸上風電場的年平均可利用率高達98%。

（三）機組可達性差

現階段大多數海上風電場設置在海洋氣候與大陸氣候交叉的區域，這些區域的環境變化明顯，海浪較多，而且這些惡劣的環境導致海上運輸船和直升機等不能作業，當海浪較高、風速超過規定風速范圍內時，運維人員受環境所影響不能及時出海對設備進行維護。海上風電設備進行維護作業具有隨機性，根據環境的變化而決定是否展開維護，每年進行維護的時間較短，據不完全統計，現階段每年對海上風電場中設備進行維護的時間僅有200天左右。

二、海上風電場的運維模式

對海上風電場進行維護是為了保證機組能夠正常運行，因此，研究海上風電的運維模式對保證風電場經濟性與可靠性至關重要。現目前對海上風電場的維護模式分為三種，分別是以發生問題運維模式、計劃運維模式以及狀態運維模式，具體分析如下。

（一）已發生問題運維模式

已發生問題運維模式是在海上風電場設備出現故障之后，相關運維人員進行海上進行運維的模式，由于海上自然條件的限制，其故障發生具有隨機性和不確定性，而且交通運輸不便利，運維人員難以進入海上進行維護。當海上天氣情況較為惡劣，維護人員就難以靠近風電設備進行維修，假如不能在出現故障的第一時間展開維護，就會導致風電設備停機的時間較長，損失巨大的電量。

（二）計劃運維模式

計劃運維模式是在熟練掌握風電設備的出故障規律和特點的基礎上，不管設備處于什么狀態，都可以按照事先規定的時間對其進行維護的一種模式。計劃運維模式主要分為日常巡查、特殊巡查和檢修三種方式。日常巡查主要是對海上風電機組設備、海上升壓站設備、風電場惻風裝置、風電場高壓配電線路的巡查，是日常的基礎設施的檢查。特殊巡查是在臺風、暴雨等惡劣天氣，海上風電機組、升壓站設備無法正常運轉，以及展開事后運維和添加新設備后進行的巡查，考慮天氣的計劃運維模式能夠顯著降低運維成本，對其進行定檢定修，即定期進行檢查，一旦發生問題要及時的進行處理，同時還要定期進行檢修維護即便沒有大故障也要進行檢修維護，避免因為一個小小的問題而引發大問題，因此，計劃運維模式是目前海上風電場進行維護最經濟可行的模式，同時也是目前海上風電場所采用的最主要的運維模式。

（三）狀態運維模式

狀態運維模式屬于一種預防性維護，在海上風電場的設備中安裝各種傳感器，對設備的運行狀態和數據進行收集和反饋，對設備的狀態進行評估，判斷其是否正常運轉，假如出現故障并判斷出故障的發生位置，明確對設備維護的時間和維護內容。狀態運維模式是對設備的檢測過程中產生的各類信息進行分析和判斷，能夠及時的發現故障，確定故障所在位置，并且快速制定切實可行的維護計劃。同時還可以預測海上風電設備剩余壽命，對機組設備進行壽命預測，提前安排設備的維護方案和預防性更換，充分調動現有的維護資源，避免一些設備壽命到期而造成不必要的損失。狀態運維模式能夠在最大程度上保證海上風電場設備的正常使用，減少不必要的維護，減少浪費的停機時間，有效的降低維護產生的成本。

三、海上風電場的運維技術

（一）海上風電機組設備狀態檢測技術

（1）震動檢測技術

振動檢測技術是分析設備各個部件的震動頻率和振動特點，對根據頻率和特點的標準，得出設備各個部件的振動傳達的信息，進而對設備的故障進行定位和判斷。

（2）油液監測技術

油液監測技術是通過分析被監測機器的在用潤滑油和液壓油的性能變化和攜帶的磨損微粒的情況，獲得機器的潤滑和磨損狀態的信息，評價機器的工況和預測故障，并確定故障原因、類型和零件的技術。隨著科學技術的不斷發展，油液檢測技術也朝著集成化、智能化、在線化方面發展，幫助海上風電場預測故障并判斷故障發生的位置。

（3）視頻監測技術

現階段海上風電場主要將視頻檢測技術中的圖像智能識別比對技術應用于一些大部件上，比如海上風電設備的變槳軸承、變槳機構、葉片、發電機等部位，利用視頻檢測技術，對這些部位進行實時動態監控，一旦出現異常，能夠通過視頻直觀的找到異常發生的位置，進而安排人員進行維修，提高檢查和維修的效率。

（二）互聯網運維技術

隨著計算機網絡技術的不斷發展，物理網、大數據以及人工智能等技術趨于成熟，并廣泛應用于各個領域，在海上風電場中應用這些技術，成為未來海上風電場的發展趨勢。利用大數據和人工智能技術能夠對風電設備的狀態進行分析，判斷其故障發生的原因和地點，為整個風電設備進行綜合分析，能夠提前預警。同時，還有故障預警、狀態監測、機組亞健康等管理手段，以及無人機、各種智能維修機器人等智能設備也被廣泛應用于故障管理和巡查隊伍中，避免人工維護產生的安全問題，還能夠提高巡查的質量和效果，減少運維人員的工作量，但是這些先進機器的使用受自然環境的限制。將智能診斷和自動維護技術應用于海上風電場的運維中，將會成為未來研究的一個方面。

總結

總而言之，海上風電場中的運維問題日益凸顯出來，運維模式和技術就顯得尤為重要，只有對其展開深入研究才能促進我國海上風電場的可持續發展，開創一條符合我國國情和海上風電場發展之路，為我國經濟社會的發展提供巨大的效益，帶領我國海上風電向著智能化發展。

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（作者單位：北京金風科創風電設備有限公司）