海上风电运行维护策略研究

陈纲

中国大唐集团有限公司广东分公司 广东 广州 510335

引言

电力是我国人们生活和社会生产中应用的主要能源，随着各行各业的不断繁荣发展，日常电力需求越来越大，为了保证电力供应的可靠性，近年来我国在发电工程建设方面投入了很大力度，同时也发展出多种电力生产方式，风电是新生电力产业，而海上风电是风电种类之一，对于海上风电而言，有效的运行维护是保证电力生产正常开展的重要条件，但是海上风电运维成本占电力生产总成本四分之一以上，从而对海上风电产业发展造成了不利影响，因此迫切需要着重探索海上风电运行维护策略。

1 海上风电运行和维护特点

1.1 环境因素干扰明显

对海上风电进行开发前景十分看好，无论开发还是利用都有广阔的发展空间，但是项目的特殊性也不容忽视，它的机组大范围散布在无垠的海面，管理任务极其繁重，维护作业难度极高，与陆地风电相比，海洋项目实施安全管理难度系数更高，海洋作业深受气候和水文地质复杂多变的影响，环境恶劣，台风与强劲的季候风不断袭扰，交通不便，人力资源缺乏，给维护作业人员提供的有效时间窗口十分有限，一旦遭遇破坏性天气，运维作业只能中断[1]。

1.2 相关维护技术标准严苛

海上风电虽然与陆地风电同属风电范畴，但是二者有很大的不同，海上风电开发利用更依赖技术，在技术标准方面较之陆地风电有更为严苛的要求，中国历经多年科技发展在海洋能源开发方面打下了部分基础，但是具体到海上风电开发技术方面仍然落后世界先进水平较多，技术经验的积累还很不够[2]。海上风电作为一种高科技较大风险项目，一旦离陆地很远，就会在气候，水文地质以及风化腐蚀方面深受困扰，如何安全高质量完成设备的运输安装和管理工作成为较大难题，实现高水平海上风电运维任重道远。

1.3 运行维护成本高

海上风电是高科技项目，其成套设备都需要高端制造，以国内目前的相关技术条件，设计生产机组某些核心构件困难重重。开发海上风电项目，要获得最好的投入产出比，必须走机组扩容这条路，机身也会随着容量增大其体型越来越庞大，这些投入必然带来成本的持续上扬，机组维护所需设备和船舶数目较大，且价格极其惊人，即便如此遇到灾害天气也不得不折返，前期成本白白消耗，而且海上维护作业工作效率难以保证，同时又时刻面临极大的不确定性，设备故障频发，据不完全统计，较之陆地风电，海上风电运维成本最高可超出4倍之多[3]。

2 海上风电系统运维模式

风电运维是一个简称，它包括整套机组的日常维护与检修，运维成本高昂是推高海上风电项目巨额成本的最大推手，与运维成本相比，设备安装和海底电缆的成本显得微乎其微，海上风电机组长期在复杂恶劣的环境下运行，正常的设备损耗和电气运行产生的机组冲击力，还有金属构件的振动损伤等故障还在其次，飓风，雷暴等极端灾害天气的造访也是大概率事件，直接导致机组故障率高企，而且海洋气候变幻莫测，洋流和恶劣天气等都给机组的正常运行带来极大负面影响，整机机组在可达性方面表现极差，种种不利因素把海上风电运维成本持续推高，达到陆地风电的2到3倍，对海上风电项目来说，机组运维在整个开发利用与后期管理中是管理工作的重中之重[4]。当前的时代背景是，国家海上风电装机规模和数量越来越大，产业发展步伐越来越快，工作任务越来越繁复，整个运维市场持续扩张。就运维模式来说，有三种主要类型。

2.1 定期检修

风电机组设备出厂时，厂家会向使用企业提出定期检修的技术要求，如何确定定期检修时间需要根据运行时长而定，工作内容大致固定在维护和保养，作业程序和技术要求都相关规范化标准，定期检修能保持机组的良好运行状态，最大限度提高机组使用年限，海上风力资源提高开发利用率，为人类造福，企业也因此取得较好经济效益。

2.2 日常运维

这项工作包括处理故障，发现故障隐患，检测机组性能，排除问题等，对操作人员的通讯和电气专业技能要求很高，它是整体运维管理中技术含量最高，同时挑战也最大的工种，要达到最佳效果，要求参与人员具备高度的专业知识储备，丰富的实践经验和高超的技术能力，其工作质量好坏对机组运行影响巨大[5]。

2.3 事故检修

风电机组一旦出现大体量构件故障，须进行拆卸维修，这个过程极为复杂，产生的修理费非常高，一旦事故发生须马上请专家到场排查原因，牵头制定维修方案并科学评估，最终确定后交由维护人员执行。

2.4 预防性维护

管理人员通过日常观测预判事故发生点，提前制定维修计划，与事故发生后的维修结合起来，研究分析时引进役龄递减和故障递增两种因子，提出多种维修方案进行比对，最终得到最佳方案。需要注意的是，开展维修前须查看机组是否符合维护役龄，审核维修计划是否符合检测结果，优化维修策略，先维护单台风机，这种方法的缺陷是技术优势发挥受限，不能做到对机组的深度维护。须对机组构件故障分别处置，故障构件的维护方法可从多种方法中择优使用，以维护阈值的差异性为标准，对故障机组和正常机组维护方案进行优化完善。

3 海上风电系统运行维护难点

3.1 过度依赖和受制于市场

开发海上风电系统需要极高的技术含量做支撑，它的机组核心具有非常复杂的结构，通过高度专业化的设计安装可以实现各个机组构件的通力协调合作，这项新兴产业得以发展壮大为国家发展提供能源支持，长远来看，发展海上风电项目的制约因素主要来自于技术，举例来说，运维海上风电系统的涉及面太广，国内目前尚未解决核心技术欠缺自主发展能力的难题，关键构件对国外进口商的依赖较重，这给大力发展海上风电增加了很多不确定性，拉高了投资风险，需要相关部门全面协调运作，才能有效提高海上风电系统的运维质量。

3.2 交通不便

为海上风电系统提供运行运输任务的是船舶，虽然解决了交通不便难题但是其不具备灵活的机动性，通勤周期太久，一旦遭遇海上危险，安全保障隐患巨大，夜间作业须马上停止，而且只能靠压缩海上作业时长来控制。

3.3 监控设备过多

风电系统的海上运行须面对极其恶劣的外部环境，给推进运行带来极大风险和挑战，维护管理成本长期居高不下，由于机组维护的超高难度，需要设置监控设备监测系统运行，客观上造成整个系统出现了过多监控设备的问题。

4 海上风电系统运行维护措施

4.1 转变运行方式

众所周知，维护海上风电系统安全运行成本高昂，需要大量的人力物力财力资源投入。当前中国经济发展迅猛，海上风电系统须借助现代先进科技对项目运维模式进行更新升级，摒弃落后的发展模式，向状态检修模式转化，转化过程中要重点关注计划检修和故障处理等内容。检修系统运行状态，最基础的工作内容就是机组的检修，合理控制预测中的潜在故障因素，定期巡查是必不可少的，整合已知系统数据，评估机组实时运行状态，根据实际需要对检修时点和机组位置进行合理安排。技术人员须把系统运行状态和检修需要进行有机融合，综合评估当前机组性能状态，监测须覆盖系统所有部位，依据评估结论判定检修的必要性，机组关键部位要重点关注，体现检修作业的最大实效性，力求最佳检修效果，另外，相关人员应对系统运行数据进行有效管控，同步监测实时状态下的机组部位，陆续开展所有机组相关检修，能最大限度地压缩维护成本，同时提高机组运行效率。

4.2 加强海上风电机组故障检修

故障检修即事后检修，它是机组全部检修作业内容的统称，这项工作对压缩前期运行监测成本很有帮助，保证适度维护，缺陷是维护方式手段老旧，导致一个构件有故障，连带其他构件出现损伤，这种检修方式和定期检修方式，在当前的海上风电系统中普及程度最高。同时，恶劣海上环境给风电系统运行带来极大的风险隐患，而现代海上风电的发展趋势越来越走向深海，距离陆地太远，船舶航速显然低于陆地车辆，拉长了通勤周期，故障检修随之延后，机组无法达到预期利用率，同时机组出厂质量较差，作业人员经验欠缺也是主要限制因素，叠加海上的恶劣环境，也导致故障检修对机组维护控制力的降低。

4.3 建立风电新能源大数据平台

海上风电系统通过两个渠道采集运维数据，第一，大数据时代的到来和技术普及，能对风电机组进行数据的即时处理，但是在挖掘过往数据方面深度不够，风电系统运行时会对结构化信息进行存储，类型多样的各式传感器会对系统进行数据的定时采集；第二，大数据技术可帮助进行数据分析，风电系统监测方式工作评价已进入半自动化时代，这种方法限制了设备状态数据最大价值的发挥，需要通过构建大数据能源平台对上述数据深度分析，海上风电系统预警系统的构建就是以这些数据为基础进行的。

4.4 加强工程计划管理

实施海上风电系统的运维工作计划管理，其基础条件是必须保证出海检修作业时间，能保证全部作业的顺利进行，检修作业的效率也可得以提升，做好气象预测，统计整合相关数据，以此为据进行检修作业合理方案的制定，形成一种长期工程计划管理模式加以应用，须在工程计划规划之前统计全部关键部位，确保开始后的流畅衔接，最终达到保证系统安全稳定运行的目的。

4.5 做好船舶安全检查

海上通勤船舶一旦进入出发状态，须提前做好性能和配置的安全检查，这些通勤船舶必须取得国家海事部门签发地相关证件，救生设备的配置必须全部到位，现场检查可以通行后，须报请管理机构和业主，核准相关安全文件和各项关键数据，应提前制定指示明确且一目了然的应急预案，要在可操作性与可行性方面达到要求，严格落实国家海洋航行安全和消防安全政策，开展紧急状态演习，评估演习质量和效果，以此为据完善各项应急预案。

4.6 做好台账管理

台账管理是一种基础性工作，它的内容是管理全部机械设备应用过程产生的各种资料，通过对其进行分析能直观得出设备的运行状态，这种台账管理制度尤其需要在海上风电系统运维管理中推广，有助于精准分析系统运行时的设备控制状况，便于及时调整，提高运维质量和效率，实际上，海上风电系统运维周期多是5到6个工作日，在此期间，台账管理须精准记录设备运行状态，确保管理工作不漏项。

5 结束语

现如今，国家不断倡导可再生新能源开发和利用，以便有效改善我国资源短缺问题，海上风电是一种风力发电方式，是可再生新能源开发利用的重要体现，但是目前海上风电场运行维护成本过高的实际问题，已经对我国海上风电产业的长远发展形成了一定制约，所以，相关人员应有效探索海上风电运行维护措施，以便助推海上风电产业的良性发展。