海上風電設備運維趨勢及成本影響因素分析

周欣

（國電電力浙江舟山海上風電開發有限公司，浙江 寧波 315042）

隨著海上風電產業的快速發展，海上風電設備的運維成本也成為一個重要的問題。海上風電設備的特殊性質和運行環境使得其運維難度較大，成本也較高。因此，如何降低海上風電設備的運維成本，提高設備的可靠性和使用壽命，成為海上風電產業需要解決的問題。

1 海上風電設備運維模式

1.1 自主運維模式

1.1.1 運檢一體

海上風電設備的自主運維模式中，運檢一體是一種相對成熟的運維模式。該模式是將設備的運行狀態和檢查狀態相結合，實現設備運行和檢查的同步進行。從技術角度來看，運檢一體模式主要依靠傳感器技術、監控系統技術和人員技術三個方面來實現。首先，傳感器技術在運檢一體模式中發揮著重要的作用。通過安裝各種傳感器來實時監測風機的各個部件的狀態，例如，溫度、振動、電流等。這些傳感器將采集的數據傳輸到監控系統中進行分析處理，并根據預設的閾值進行異常報警，從而實現對風機運行狀態的實時監控。其次，監控系統技術也是運檢一體模式的核心。監控系統需要具備對傳感器采集的數據進行實時監測和分析的能力，能夠進行故障診斷、維修計劃、數據存儲等功能。同時，監控系統的精度和可靠性是保證運檢一體模式成功的關鍵。最后，人員技術也是運檢一體模式的重要組成部分。通過對維護人員進行專業技能的培訓和提高，能夠更好地利用監控系統提供的信息進行設備運維工作。維護人員需要對傳感器數據進行分析，對監控系統的診斷結果進行判斷和確認，并對設備進行必要的維護和修復工作。

1.1.2 運檢分設

在海上風電設備的自主運維模式中，運檢分設模式是一種常見的運維模式，其核心是將設備的運行狀態和檢查狀態分離，由不同的團隊進行運行和檢查，以實現對設備的全面監測和管理。具體來說，運行團隊需要熟練掌握海上風電設備的運行原理和相關技術，對設備進行操作和控制，保證設備在正常的工作范圍內運行。檢修團隊需要掌握海上風電設備的維護和修復技術，并熟練運用各種檢測和測試工具，例如，紅外熱像儀、超聲波探傷儀、震動分析儀等，對設備進行全面的檢查和測試。對于檢修團隊來說，對于設備的維護和修復能力的提高，能夠極大地提高設備的可靠性和安全性。在運檢分設模式中，設備的運行和檢查是相互獨立的，但是兩個團隊之間需要進行信息交流，以便及時發現設備存在的問題和解決措施。運行團隊需要及時反饋設備的運行狀況和異常情況給檢修團隊，以便檢修團隊及時調度人員和物資進行維護。

1.2 委托運維模式

委托運維模式是一種常用的海上風電設備運維模式，它是指風電場設備的所有權歸屬于風電場所有者，但運維服務由第三方專業機構提供。該模式主要通過合同約定來規范運維服務的內容、范圍、質量、時間、費用等方面的要求。在委托運維模式中，設備的維護、保養和修理等工作由專業的維護服務機構負責。由于風電場的設備通常位于海上，需要投入大量人力和物力來維護和保養，相比自主運維而言，專業的維護服務機構通常有自己的專業團隊，可以通過集中優勢資源，對設備進行全面的維護和管理，同時也能夠快速響應和解決設備故障，提高維護效率，降低成本，提高設備的可靠性和可用性。

該模式的工作機制通常是：首先，風電場所有者和運維服務機構簽訂合同，約定服務范圍和標準，以及運維費用等相關事宜。然后，運維服務機構根據合同約定，對設備進行維護保養和故障修理等工作，以確保設備始終處于最佳工作狀態。通常委托運維的內容包括設備巡檢和維護保養、設備故障的診斷和修復、備件庫存的管理和補充、實時監測和數據分析等方面。因此，維護服務機構需要具備一定的技術實力和經驗，能夠對設備進行全面的維護管理，并能夠快速響應和解決設備故障，以確保設備的正常運行。

2 海上風電設備運維成本影響因素

2.1 設備本身質量

海上風電設備運維成本的影響因素有很多，其中之一是設備本身的質量。設備的質量問題可能會導致運維成本的增加，因為較低質量的設備可能需要更頻繁地維修和更換。海上風電設備包括風輪機、變流器、電纜、轉子、塔架等多個部分，每個部分的質量都可能影響設備的性能和壽命。在風輪機中，軸承是一個重要的部件，其質量直接影響著機組的轉速、運轉穩定性和壽命。因此，高品質的軸承能夠提高設備的壽命和可靠性，降低維護成本。在變流器中，高品質的電子元件和散熱器可以提高設備的效率和可靠性，降低維護成本。在電纜中，高品質的絕緣材料和護套材料可以提高電纜的絕緣性能和耐久性，降低故障率和更換成本。在轉子和塔架中，高品質的鋼材可以提高設備的強度和穩定性，降低維修和更換成本。

2.2 設備零部件性能穩定性

海上風電設備是由眾多零部件組成的復雜系統，每個零部件的性能穩定性都直接關系到設備的整體性能和壽命。風輪機是海上風電設備的核心部件之一，由葉片、主軸、軸承、齒輪箱等零部件組成。在風輪機的運行中，葉片需要具備較高的強度、耐久性和可靠性，以便在強風和海浪等惡劣條件下能夠保持穩定。軸承是風輪機的關鍵部件，其需要具備高精度、高可靠性、高耐久性和低噪音等特性。主軸需要具備高強度和高耐磨性，以承受風輪機的高轉速和大扭矩。齒輪箱是風輪機的傳動系統，其需要具備高強度、高精度、低噪音和高可靠性等特性。另一個重要的零部件是變流器，它負責將風輪機產生的交流電轉換為直流電，并控制輸出電流和電壓等參數。變流器需要具備高效率、高穩定性、高精度和高可靠性等特性，以保證電網的穩定性和安全性。在電纜方面，海上風電設備需要使用具有高絕緣性、高耐久性和高耐腐蝕性的電纜，以確保設備能夠在海上環境中長期穩定運行。在轉子和塔架中，鋼材需要具備高強度、高耐蝕性和高可靠性等特性，以承受海上惡劣環境的侵蝕和風載荷的作用。

對于這些零部件，其性能穩定性的要求主要包括以下幾個方面：首先，它們需要具有高精度、高可靠性和高耐久性，以確保設備能夠長期穩定運行。其次，它們需要具有高效率和高性能，以提高設備的發電效率和經濟效益。此外，它們還需要具備高防護性能，以應對海上環境中的海水、風、浪等自然因素的侵蝕。

然而，設備零部件的性能穩定性也會受到一些因素的影響，這些因素可能導致設備零部件失效、損壞或降低性能，從而增加設備的運維成本。海上風電設備運行環境的惡劣性可能會導致設備零部件的失效或損壞。

海上環境中存在海水、風、浪等自然因素的侵蝕，這些因素可能導致設備零部件的腐蝕、磨損或疲勞，從而降低其性能穩定性。設計和制造質量不佳也會導致設備零部件的性能穩定性下降。如果零部件的設計不合理或制造過程中存在缺陷，可能會導致零部件的強度、耐久性或可靠性不足，從而增加設備的故障率和維護成本。另外，運行和維護不當也是導致設備零部件性能穩定性降低的原因之一。例如，風輪機的葉片需要定期檢查和清洗，以避免積聚污垢影響其性能；軸承需要加注潤滑油和定期更換，以確保其性能穩定。如果運行和維護不當，可能會導致零部件失效或性能下降?？傊Ｉ巷L電設備的運維成本受到多種因素的影響，設備零部件的性能穩定性是其中一個重要因素。為了降低設備運維成本，必須加強對設備零部件的質量管控和運維管理，減少可能導致零部件性能穩定性下降的因素。

3 海上風電設備運維成本控制方法

3.1 引入自動化控制技術，實現設備自動監控和自適應控制

隨著海上風電行業的發展，設備的自動化控制技術得到了廣泛應用，可以有效地降低運維成本并提高設備的可靠性和安全性。引入自動化控制技術可以實現設備的自動監控和自適應控制，從而優化設備的運行和維護，減少人為干預，提高工作效率和運行的穩定性。海上風電設備中，常見的自動化控制技術包括傳感器、PLC（可編程邏輯控制器）、SCADA（監控和數據采集系統）、機器視覺和人工智能等。這些技術可以實現設備的實時監控和自適應控制，對設備的狀態和性能進行遠程監測和控制，從而實現設備的智能化和自動化運維。具體來說，設備的自動監控可以通過安裝傳感器來實現，例如，溫度、壓力、振動等傳感器可以實時監測設備的工作狀態，當出現異常情況時，會自動發出警報并通知運維人員進行處理。而SCADA 系統可以實現對設備的遠程監控和控制，通過采集和處理設備的運行數據，進行分析和診斷，可以提前預警設備故障并及時處理，避免出現嚴重后果。

另外，自適應控制技術可以根據設備的狀態和運行情況自動調整運行參數，優化設備的性能和能耗，降低運維成本。例如，PLC 控制器可以通過預設的邏輯和算法，根據設備的狀態自動調整控制策略，實現設備的自適應運行和維護。通過以上的自動化控制技術，可以實現對海上風電設備的自動化運維，從而減少人為干預和操作，提高設備的運行穩定性和可靠性，降低運維成本。例如，通過傳感器和SCADA 系統實現設備的實時監測和遠程控制，可以及時發現和處理設備故障，避免造成嚴重后果。而PLC 和自適應控制技術可以優化設備的運行參數和維護策略，降低能耗和運維成本，提高設備的使用壽命和經濟性。

3.2 采用模塊化設計和快速更換技術，提高設備的可維護性和可靠性

海上風電設備運維是一項復雜而關鍵的任務，而采用快速更換技術可以提高設備的可維護性和可靠性，降低運營成本?？焖俑鼡Q技術是一種將故障部件快速更換的維護技術，而不是拆卸整個設備。該技術可以使設備維修更加簡單和高效，并且可以降低維修成本。在海上風電設備運維中，快速更換技術的應用非常重要。首先，設計海上風電設備時，應考慮快速更換技術的應用。例如，設計可拆卸的部件，以便在需要更換時可以快速更換。其次，建立故障庫，以便運維人員可以根據故障庫中的信息迅速確定需要更換的部件。然后，建立詳細的快速更換程序，以便運維人員可以快速更換故障部件。同時，定期培訓維修人員，確保他們掌握快速更換技術的原理、應用范圍、實施步驟和注意事項等。最后，數據記錄和分析也非常重要，以便及時發現設備故障和維護問題，并采取相應措施。在實際應用中，快速更換技術可以提高海上風電設備的可維護性和可靠性。當設備出現故障時，運維人員可以快速更換故障部件，減少維修時間，從而最大化提高風能生產效率。同時，快速更換技術也可以減少故障部件更換帶來的二次故障，提高設備的可靠性和穩定性。在海上風電設備運維中，快速更換技術的應用是非常必要的，可以提高設備的可靠性和運行效率，同時也可以降低運營成本。

3.3 采用遠程監控和數據分析，降低人工巡檢成本

海上風電設備運維成本是企業在設備運行過程中需要承擔的主要成本之一。如何降低運維成本，提高設備的運行效率和穩定性是海上風電企業需要重視的問題之一。其中，采用遠程監控和數據分析技術是一種有效的方法，可以幫助企業降低人工巡檢成本、提高設備維護效率和運行穩定性。

首先，遠程監控技術是指通過遠程通訊手段實時監控設備運行情況的一種技術。在海上風電設備中，可以通過安裝傳感器、監測裝置等設備，采集設備的各項運行數據，包括溫度、壓力、振動、電流等指標。這些數據可以通過網絡傳輸到中央監控系統，實時監測設備運行狀態，及時發現故障和異常情況，提高設備的運行穩定性。

其次，數據分析技術是指通過對采集的設備運行數據進行分析和處理，提取有用信息的一種技術。在海上風電設備中，通過對設備運行數據進行統計分析、數據挖掘等方法，可以識別出設備運行中存在的問題，比如，設備故障、能量損失等，幫助企業及時進行維護和修復，降低運維成本。為了實現遠程監控和數據分析，企業需要搭建一套完整的系統。其中，包括傳感器、監測裝置、中央監控系統、數據存儲和處理系統等多個部分。傳感器和監測裝置可以安裝在設備不同部位，采集不同類型的數據。中央監控系統可以通過云計算等技術實現數據的實時傳輸和監控。數據存儲和處理系統可以使用各種數據分析軟件，如Python、R 等，進行數據的分析和處理。此外，為了實現遠程監控和數據分析的有效性，企業還需要建立一套完整的運維管理機制。比如，設備監控的閾值設置、設備維護計劃的制定、故障和異常情況的預警和處理等，都需要有具體的管理規范和標準。