海上風電運行維護策略研究

陳綱

中國大唐集團有限公司廣東分公司 廣東 廣州 510335

引言

電力是我國人們生活和社會生產中應用的主要能源，隨著各行各業的不斷繁榮發展，日常電力需求越來越大，為了保證電力供應的可靠性，近年來我國在發電工程建設方面投入了很大力度，同時也發展出多種電力生產方式，風電是新生電力產業，而海上風電是風電種類之一，對于海上風電而言，有效的運行維護是保證電力生產正常開展的重要條件，但是海上風電運維成本占電力生產總成本四分之一以上，從而對海上風電產業發展造成了不利影響，因此迫切需要著重探索海上風電運行維護策略。

1 海上風電運行和維護特點

1.1 環境因素干擾明顯

對海上風電進行開發前景十分看好，無論開發還是利用都有廣闊的發展空間，但是項目的特殊性也不容忽視，它的機組大范圍散布在無垠的海面，管理任務極其繁重，維護作業難度極高，與陸地風電相比，海洋項目實施安全管理難度系數更高，海洋作業深受氣候和水文地質復雜多變的影響，環境惡劣，臺風與強勁的季候風不斷襲擾，交通不便，人力資源缺乏，給維護作業人員提供的有效時間窗口十分有限，一旦遭遇破壞性天氣，運維作業只能中斷[1]。

1.2 相關維護技術標準嚴苛

海上風電雖然與陸地風電同屬風電范疇，但是二者有很大的不同，海上風電開發利用更依賴技術，在技術標準方面較之陸地風電有更為嚴苛的要求，中國歷經多年科技發展在海洋能源開發方面打下了部分基礎，但是具體到海上風電開發技術方面仍然落后世界先進水平較多，技術經驗的積累還很不夠[2]。海上風電作為一種高科技較大風險項目，一旦離陸地很遠，就會在氣候，水文地質以及風化腐蝕方面深受困擾，如何安全高質量完成設備的運輸安裝和管理工作成為較大難題，實現高水平海上風電運維任重道遠。

1.3 運行維護成本高

海上風電是高科技項目，其成套設備都需要高端制造，以國內目前的相關技術條件，設計生產機組某些核心構件困難重重。開發海上風電項目，要獲得最好的投入產出比，必須走機組擴容這條路，機身也會隨著容量增大其體型越來越龐大，這些投入必然帶來成本的持續上揚，機組維護所需設備和船舶數目較大，且價格極其驚人，即便如此遇到災害天氣也不得不折返，前期成本白白消耗，而且海上維護作業工作效率難以保證，同時又時刻面臨極大的不確定性，設備故障頻發，據不完全統計，較之陸地風電，海上風電運維成本最高可超出4倍之多[3]。

2 海上風電系統運維模式

風電運維是一個簡稱，它包括整套機組的日常維護與檢修，運維成本高昂是推高海上風電項目巨額成本的最大推手，與運維成本相比，設備安裝和海底電纜的成本顯得微乎其微，海上風電機組長期在復雜惡劣的環境下運行，正常的設備損耗和電氣運行產生的機組沖擊力，還有金屬構件的振動損傷等故障還在其次，颶風，雷暴等極端災害天氣的造訪也是大概率事件，直接導致機組故障率高企，而且海洋氣候變幻莫測，洋流和惡劣天氣等都給機組的正常運行帶來極大負面影響，整機機組在可達性方面表現極差，種種不利因素把海上風電運維成本持續推高，達到陸地風電的2到3倍，對海上風電項目來說，機組運維在整個開發利用與后期管理中是管理工作的重中之重[4]。當前的時代背景是，國家海上風電裝機規模和數量越來越大，產業發展步伐越來越快，工作任務越來越繁復，整個運維市場持續擴張。就運維模式來說，有三種主要類型。

2.1 定期檢修

風電機組設備出廠時，廠家會向使用企業提出定期檢修的技術要求，如何確定定期檢修時間需要根據運行時長而定，工作內容大致固定在維護和保養，作業程序和技術要求都相關規范化標準，定期檢修能保持機組的良好運行狀態，最大限度提高機組使用年限，海上風力資源提高開發利用率，為人類造福，企業也因此取得較好經濟效益。

2.2 日常運維

這項工作包括處理故障，發現故障隱患，檢測機組性能，排除問題等，對操作人員的通訊和電氣專業技能要求很高，它是整體運維管理中技術含量最高，同時挑戰也最大的工種，要達到最佳效果，要求參與人員具備高度的專業知識儲備，豐富的實踐經驗和高超的技術能力，其工作質量好壞對機組運行影響巨大[5]。

2.3 事故檢修

風電機組一旦出現大體量構件故障，須進行拆卸維修，這個過程極為復雜，產生的修理費非常高，一旦事故發生須馬上請專家到場排查原因，牽頭制定維修方案并科學評估，最終確定后交由維護人員執行。

2.4 預防性維護

管理人員通過日常觀測預判事故發生點，提前制定維修計劃，與事故發生后的維修結合起來，研究分析時引進役齡遞減和故障遞增兩種因子，提出多種維修方案進行比對，最終得到最佳方案。需要注意的是，開展維修前須查看機組是否符合維護役齡，審核維修計劃是否符合檢測結果，優化維修策略，先維護單臺風機，這種方法的缺陷是技術優勢發揮受限，不能做到對機組的深度維護。須對機組構件故障分別處置，故障構件的維護方法可從多種方法中擇優使用，以維護閾值的差異性為標準，對故障機組和正常機組維護方案進行優化完善。

3 海上風電系統運行維護難點

3.1 過度依賴和受制于市場

開發海上風電系統需要極高的技術含量做支撐，它的機組核心具有非常復雜的結構，通過高度專業化的設計安裝可以實現各個機組構件的通力協調合作，這項新興產業得以發展壯大為國家發展提供能源支持，長遠來看，發展海上風電項目的制約因素主要來自于技術，舉例來說，運維海上風電系統的涉及面太廣，國內目前尚未解決核心技術欠缺自主發展能力的難題，關鍵構件對國外進口商的依賴較重，這給大力發展海上風電增加了很多不確定性，拉高了投資風險，需要相關部門全面協調運作，才能有效提高海上風電系統的運維質量。

3.2 交通不便

為海上風電系統提供運行運輸任務的是船舶，雖然解決了交通不便難題但是其不具備靈活的機動性，通勤周期太久，一旦遭遇海上危險，安全保障隱患巨大，夜間作業須馬上停止，而且只能靠壓縮海上作業時長來控制。

3.3 監控設備過多

風電系統的海上運行須面對極其惡劣的外部環境，給推進運行帶來極大風險和挑戰，維護管理成本長期居高不下，由于機組維護的超高難度，需要設置監控設備監測系統運行，客觀上造成整個系統出現了過多監控設備的問題。

4 海上風電系統運行維護措施

4.1 轉變運行方式

眾所周知，維護海上風電系統安全運行成本高昂，需要大量的人力物力財力資源投入。當前中國經濟發展迅猛，海上風電系統須借助現代先進科技對項目運維模式進行更新升級，摒棄落后的發展模式，向狀態檢修模式轉化，轉化過程中要重點關注計劃檢修和故障處理等內容。檢修系統運行狀態，最基礎的工作內容就是機組的檢修，合理控制預測中的潛在故障因素，定期巡查是必不可少的，整合已知系統數據，評估機組實時運行狀態，根據實際需要對檢修時點和機組位置進行合理安排。技術人員須把系統運行狀態和檢修需要進行有機融合，綜合評估當前機組性能狀態，監測須覆蓋系統所有部位，依據評估結論判定檢修的必要性，機組關鍵部位要重點關注，體現檢修作業的最大實效性，力求最佳檢修效果，另外，相關人員應對系統運行數據進行有效管控，同步監測實時狀態下的機組部位，陸續開展所有機組相關檢修，能最大限度地壓縮維護成本，同時提高機組運行效率。

4.2 加強海上風電機組故障檢修

故障檢修即事后檢修，它是機組全部檢修作業內容的統稱，這項工作對壓縮前期運行監測成本很有幫助，保證適度維護，缺陷是維護方式手段老舊，導致一個構件有故障，連帶其他構件出現損傷，這種檢修方式和定期檢修方式，在當前的海上風電系統中普及程度最高。同時，惡劣海上環境給風電系統運行帶來極大的風險隱患，而現代海上風電的發展趨勢越來越走向深海，距離陸地太遠，船舶航速顯然低于陸地車輛，拉長了通勤周期，故障檢修隨之延后，機組無法達到預期利用率，同時機組出廠質量較差，作業人員經驗欠缺也是主要限制因素，疊加海上的惡劣環境，也導致故障檢修對機組維護控制力的降低。

4.3 建立風電新能源大數據平臺

海上風電系統通過兩個渠道采集運維數據，第一，大數據時代的到來和技術普及，能對風電機組進行數據的即時處理，但是在挖掘過往數據方面深度不夠，風電系統運行時會對結構化信息進行存儲，類型多樣的各式傳感器會對系統進行數據的定時采集；第二，大數據技術可幫助進行數據分析，風電系統監測方式工作評價已進入半自動化時代，這種方法限制了設備狀態數據最大價值的發揮，需要通過構建大數據能源平臺對上述數據深度分析，海上風電系統預警系統的構建就是以這些數據為基礎進行的。

4.4 加強工程計劃管理

實施海上風電系統的運維工作計劃管理，其基礎條件是必須保證出海檢修作業時間，能保證全部作業的順利進行，檢修作業的效率也可得以提升，做好氣象預測，統計整合相關數據，以此為據進行檢修作業合理方案的制定，形成一種長期工程計劃管理模式加以應用，須在工程計劃規劃之前統計全部關鍵部位，確保開始后的流暢銜接，最終達到保證系統安全穩定運行的目的。

4.5 做好船舶安全檢查

海上通勤船舶一旦進入出發狀態，須提前做好性能和配置的安全檢查，這些通勤船舶必須取得國家海事部門簽發地相關證件，救生設備的配置必須全部到位，現場檢查可以通行后，須報請管理機構和業主，核準相關安全文件和各項關鍵數據，應提前制定指示明確且一目了然的應急預案，要在可操作性與可行性方面達到要求，嚴格落實國家海洋航行安全和消防安全政策，開展緊急狀態演習，評估演習質量和效果，以此為據完善各項應急預案。

4.6 做好臺賬管理

臺賬管理是一種基礎性工作，它的內容是管理全部機械設備應用過程產生的各種資料，通過對其進行分析能直觀得出設備的運行狀態，這種臺賬管理制度尤其需要在海上風電系統運維管理中推廣，有助于精準分析系統運行時的設備控制狀況，便于及時調整，提高運維質量和效率，實際上，海上風電系統運維周期多是5到6個工作日，在此期間，臺賬管理須精準記錄設備運行狀態，確保管理工作不漏項。

5 結束語

現如今，國家不斷倡導可再生新能源開發和利用，以便有效改善我國資源短缺問題，海上風電是一種風力發電方式，是可再生新能源開發利用的重要體現，但是目前海上風電場運行維護成本過高的實際問題，已經對我國海上風電產業的長遠發展形成了一定制約，所以，相關人員應有效探索海上風電運行維護措施，以便助推海上風電產業的良性發展。