海上风电设备运维趋势及成本影响因素分析

周欣

（国电电力浙江舟山海上风电开发有限公司，浙江 宁波 315042）

随着海上风电产业的快速发展，海上风电设备的运维成本也成为一个重要的问题。海上风电设备的特殊性质和运行环境使得其运维难度较大，成本也较高。因此，如何降低海上风电设备的运维成本，提高设备的可靠性和使用寿命，成为海上风电产业需要解决的问题。

1 海上风电设备运维模式

1.1 自主运维模式

1.1.1 运检一体

海上风电设备的自主运维模式中，运检一体是一种相对成熟的运维模式。该模式是将设备的运行状态和检查状态相结合，实现设备运行和检查的同步进行。从技术角度来看，运检一体模式主要依靠传感器技术、监控系统技术和人员技术三个方面来实现。首先，传感器技术在运检一体模式中发挥着重要的作用。通过安装各种传感器来实时监测风机的各个部件的状态，例如，温度、振动、电流等。这些传感器将采集的数据传输到监控系统中进行分析处理，并根据预设的阈值进行异常报警，从而实现对风机运行状态的实时监控。其次，监控系统技术也是运检一体模式的核心。监控系统需要具备对传感器采集的数据进行实时监测和分析的能力，能够进行故障诊断、维修计划、数据存储等功能。同时，监控系统的精度和可靠性是保证运检一体模式成功的关键。最后，人员技术也是运检一体模式的重要组成部分。通过对维护人员进行专业技能的培训和提高，能够更好地利用监控系统提供的信息进行设备运维工作。维护人员需要对传感器数据进行分析，对监控系统的诊断结果进行判断和确认，并对设备进行必要的维护和修复工作。

1.1.2 运检分设

在海上风电设备的自主运维模式中，运检分设模式是一种常见的运维模式，其核心是将设备的运行状态和检查状态分离，由不同的团队进行运行和检查，以实现对设备的全面监测和管理。具体来说，运行团队需要熟练掌握海上风电设备的运行原理和相关技术，对设备进行操作和控制，保证设备在正常的工作范围内运行。检修团队需要掌握海上风电设备的维护和修复技术，并熟练运用各种检测和测试工具，例如，红外热像仪、超声波探伤仪、震动分析仪等，对设备进行全面的检查和测试。对于检修团队来说，对于设备的维护和修复能力的提高，能够极大地提高设备的可靠性和安全性。在运检分设模式中，设备的运行和检查是相互独立的，但是两个团队之间需要进行信息交流，以便及时发现设备存在的问题和解决措施。运行团队需要及时反馈设备的运行状况和异常情况给检修团队，以便检修团队及时调度人员和物资进行维护。

1.2 委托运维模式

委托运维模式是一种常用的海上风电设备运维模式，它是指风电场设备的所有权归属于风电场所有者，但运维服务由第三方专业机构提供。该模式主要通过合同约定来规范运维服务的内容、范围、质量、时间、费用等方面的要求。在委托运维模式中，设备的维护、保养和修理等工作由专业的维护服务机构负责。由于风电场的设备通常位于海上，需要投入大量人力和物力来维护和保养，相比自主运维而言，专业的维护服务机构通常有自己的专业团队，可以通过集中优势资源，对设备进行全面的维护和管理，同时也能够快速响应和解决设备故障，提高维护效率，降低成本，提高设备的可靠性和可用性。

该模式的工作机制通常是：首先，风电场所有者和运维服务机构签订合同，约定服务范围和标准，以及运维费用等相关事宜。然后，运维服务机构根据合同约定，对设备进行维护保养和故障修理等工作，以确保设备始终处于最佳工作状态。通常委托运维的内容包括设备巡检和维护保养、设备故障的诊断和修复、备件库存的管理和补充、实时监测和数据分析等方面。因此，维护服务机构需要具备一定的技术实力和经验，能够对设备进行全面的维护管理，并能够快速响应和解决设备故障，以确保设备的正常运行。

2 海上风电设备运维成本影响因素

2.1 设备本身质量

海上风电设备运维成本的影响因素有很多，其中之一是设备本身的质量。设备的质量问题可能会导致运维成本的增加，因为较低质量的设备可能需要更频繁地维修和更换。海上风电设备包括风轮机、变流器、电缆、转子、塔架等多个部分，每个部分的质量都可能影响设备的性能和寿命。在风轮机中，轴承是一个重要的部件，其质量直接影响着机组的转速、运转稳定性和寿命。因此，高品质的轴承能够提高设备的寿命和可靠性，降低维护成本。在变流器中，高品质的电子元件和散热器可以提高设备的效率和可靠性，降低维护成本。在电缆中，高品质的绝缘材料和护套材料可以提高电缆的绝缘性能和耐久性，降低故障率和更换成本。在转子和塔架中，高品质的钢材可以提高设备的强度和稳定性，降低维修和更换成本。

2.2 设备零部件性能稳定性

海上风电设备是由众多零部件组成的复杂系统，每个零部件的性能稳定性都直接关系到设备的整体性能和寿命。风轮机是海上风电设备的核心部件之一，由叶片、主轴、轴承、齿轮箱等零部件组成。在风轮机的运行中，叶片需要具备较高的强度、耐久性和可靠性，以便在强风和海浪等恶劣条件下能够保持稳定。轴承是风轮机的关键部件，其需要具备高精度、高可靠性、高耐久性和低噪音等特性。主轴需要具备高强度和高耐磨性，以承受风轮机的高转速和大扭矩。齿轮箱是风轮机的传动系统，其需要具备高强度、高精度、低噪音和高可靠性等特性。另一个重要的零部件是变流器，它负责将风轮机产生的交流电转换为直流电，并控制输出电流和电压等参数。变流器需要具备高效率、高稳定性、高精度和高可靠性等特性，以保证电网的稳定性和安全性。在电缆方面，海上风电设备需要使用具有高绝缘性、高耐久性和高耐腐蚀性的电缆，以确保设备能够在海上环境中长期稳定运行。在转子和塔架中，钢材需要具备高强度、高耐蚀性和高可靠性等特性，以承受海上恶劣环境的侵蚀和风载荷的作用。

对于这些零部件，其性能稳定性的要求主要包括以下几个方面：首先，它们需要具有高精度、高可靠性和高耐久性，以确保设备能够长期稳定运行。其次，它们需要具有高效率和高性能，以提高设备的发电效率和经济效益。此外，它们还需要具备高防护性能，以应对海上环境中的海水、风、浪等自然因素的侵蚀。

然而，设备零部件的性能稳定性也会受到一些因素的影响，这些因素可能导致设备零部件失效、损坏或降低性能，从而增加设备的运维成本。海上风电设备运行环境的恶劣性可能会导致设备零部件的失效或损坏。

海上环境中存在海水、风、浪等自然因素的侵蚀，这些因素可能导致设备零部件的腐蚀、磨损或疲劳，从而降低其性能稳定性。设计和制造质量不佳也会导致设备零部件的性能稳定性下降。如果零部件的设计不合理或制造过程中存在缺陷，可能会导致零部件的强度、耐久性或可靠性不足，从而增加设备的故障率和维护成本。另外，运行和维护不当也是导致设备零部件性能稳定性降低的原因之一。例如，风轮机的叶片需要定期检查和清洗，以避免积聚污垢影响其性能；轴承需要加注润滑油和定期更换，以确保其性能稳定。如果运行和维护不当，可能会导致零部件失效或性能下降。总之，海上风电设备的运维成本受到多种因素的影响，设备零部件的性能稳定性是其中一个重要因素。为了降低设备运维成本，必须加强对设备零部件的质量管控和运维管理，减少可能导致零部件性能稳定性下降的因素。

3 海上风电设备运维成本控制方法

3.1 引入自动化控制技术，实现设备自动监控和自适应控制

随着海上风电行业的发展，设备的自动化控制技术得到了广泛应用，可以有效地降低运维成本并提高设备的可靠性和安全性。引入自动化控制技术可以实现设备的自动监控和自适应控制，从而优化设备的运行和维护，减少人为干预，提高工作效率和运行的稳定性。海上风电设备中，常见的自动化控制技术包括传感器、PLC（可编程逻辑控制器）、SCADA（监控和数据采集系统）、机器视觉和人工智能等。这些技术可以实现设备的实时监控和自适应控制，对设备的状态和性能进行远程监测和控制，从而实现设备的智能化和自动化运维。具体来说，设备的自动监控可以通过安装传感器来实现，例如，温度、压力、振动等传感器可以实时监测设备的工作状态，当出现异常情况时，会自动发出警报并通知运维人员进行处理。而SCADA 系统可以实现对设备的远程监控和控制，通过采集和处理设备的运行数据，进行分析和诊断，可以提前预警设备故障并及时处理，避免出现严重后果。

另外，自适应控制技术可以根据设备的状态和运行情况自动调整运行参数，优化设备的性能和能耗，降低运维成本。例如，PLC 控制器可以通过预设的逻辑和算法，根据设备的状态自动调整控制策略，实现设备的自适应运行和维护。通过以上的自动化控制技术，可以实现对海上风电设备的自动化运维，从而减少人为干预和操作，提高设备的运行稳定性和可靠性，降低运维成本。例如，通过传感器和SCADA 系统实现设备的实时监测和远程控制，可以及时发现和处理设备故障，避免造成严重后果。而PLC 和自适应控制技术可以优化设备的运行参数和维护策略，降低能耗和运维成本，提高设备的使用寿命和经济性。

3.2 采用模块化设计和快速更换技术，提高设备的可维护性和可靠性

海上风电设备运维是一项复杂而关键的任务，而采用快速更换技术可以提高设备的可维护性和可靠性，降低运营成本。快速更换技术是一种将故障部件快速更换的维护技术，而不是拆卸整个设备。该技术可以使设备维修更加简单和高效，并且可以降低维修成本。在海上风电设备运维中，快速更换技术的应用非常重要。首先，设计海上风电设备时，应考虑快速更换技术的应用。例如，设计可拆卸的部件，以便在需要更换时可以快速更换。其次，建立故障库，以便运维人员可以根据故障库中的信息迅速确定需要更换的部件。然后，建立详细的快速更换程序，以便运维人员可以快速更换故障部件。同时，定期培训维修人员，确保他们掌握快速更换技术的原理、应用范围、实施步骤和注意事项等。最后，数据记录和分析也非常重要，以便及时发现设备故障和维护问题，并采取相应措施。在实际应用中，快速更换技术可以提高海上风电设备的可维护性和可靠性。当设备出现故障时，运维人员可以快速更换故障部件，减少维修时间，从而最大化提高风能生产效率。同时，快速更换技术也可以减少故障部件更换带来的二次故障，提高设备的可靠性和稳定性。在海上风电设备运维中，快速更换技术的应用是非常必要的，可以提高设备的可靠性和运行效率，同时也可以降低运营成本。

3.3 采用远程监控和数据分析，降低人工巡检成本

海上风电设备运维成本是企业在设备运行过程中需要承担的主要成本之一。如何降低运维成本，提高设备的运行效率和稳定性是海上风电企业需要重视的问题之一。其中，采用远程监控和数据分析技术是一种有效的方法，可以帮助企业降低人工巡检成本、提高设备维护效率和运行稳定性。

首先，远程监控技术是指通过远程通讯手段实时监控设备运行情况的一种技术。在海上风电设备中，可以通过安装传感器、监测装置等设备，采集设备的各项运行数据，包括温度、压力、振动、电流等指标。这些数据可以通过网络传输到中央监控系统，实时监测设备运行状态，及时发现故障和异常情况，提高设备的运行稳定性。

其次，数据分析技术是指通过对采集的设备运行数据进行分析和处理，提取有用信息的一种技术。在海上风电设备中，通过对设备运行数据进行统计分析、数据挖掘等方法，可以识别出设备运行中存在的问题，比如，设备故障、能量损失等，帮助企业及时进行维护和修复，降低运维成本。为了实现远程监控和数据分析，企业需要搭建一套完整的系统。其中，包括传感器、监测装置、中央监控系统、数据存储和处理系统等多个部分。传感器和监测装置可以安装在设备不同部位，采集不同类型的数据。中央监控系统可以通过云计算等技术实现数据的实时传输和监控。数据存储和处理系统可以使用各种数据分析软件，如Python、R 等，进行数据的分析和处理。此外，为了实现远程监控和数据分析的有效性，企业还需要建立一套完整的运维管理机制。比如，设备监控的阈值设置、设备维护计划的制定、故障和异常情况的预警和处理等，都需要有具体的管理规范和标准。