海上風(fēng)電運行維護(hù)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(chǎn)中應(yīng)用的主要能源，隨著各行各業(yè)的不斷繁榮發(fā)展，日常電力需求越來越大，為了保證電力供應(yīng)的可靠性，近年來我國在發(fā)電工程建設(shè)方面投入了很大力度，同時也發(fā)展出多種電力生產(chǎn)方式，風(fēng)電是新生電力產(chǎn)業(yè)，而海上風(fēng)電是風(fēng)電種類之一，對于海上風(fēng)電而言，有效的運行維護(hù)是保證電力生產(chǎn)正常開展的重要條件，但是海上風(fēng)電運維成本占電力生產(chǎn)總成本四分之一以上，從而對海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展造成了不利影響，因此迫切需要著重探索海上風(fēng)電運行維護(hù)策略。

1 海上風(fēng)電運行和維護(hù)特點

1.1 環(huán)境因素干擾明顯

對海上風(fēng)電進(jìn)行開發(fā)前景十分看好，無論開發(fā)還是利用都有廣闊的發(fā)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(wù)極其繁重，維護(hù)作業(yè)難度極高，與陸地風(fēng)電相比，海洋項目實施安全管理難度系數(shù)更高，海洋作業(yè)深受氣候和水文地質(zhì)復(fù)雜多變的影響，環(huán)境惡劣，臺風(fēng)與強勁的季候風(fēng)不斷襲擾，交通不便，人力資源缺乏，給維護(hù)作業(yè)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(yè)只能中斷[1]。

1.2 相關(guān)維護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)苛

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

1.3 運行維護(hù)成本高

海上風(fēng)電是高科技項目，其成套設(shè)備都需要高端制造，以國內(nèi)目前的相關(guān)技術(shù)條件，設(shè)計生產(chǎn)機組某些核心構(gòu)件困難重重。開發(fā)海上風(fēng)電項目，要獲得最好的投入產(chǎn)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(xù)上揚，機組維護(hù)所需設(shè)備和船舶數(shù)目較大，且價格極其驚人，即便如此遇到災(zāi)害天氣也不得不折返，前期成本白白消耗，而且海上維護(hù)作業(yè)工作效率難以保證，同時又時刻面臨極大的不確定性，設(shè)備故障頻發(fā)，據(jù)不完全統(tǒng)計，較之陸地風(fēng)電，海上風(fēng)電運維成本最高可超出4倍之多[3]。

2 海上風(fēng)電系統(tǒng)運維模式

風(fēng)電運維是一個簡稱，它包括整套機組的日常維護(hù)與檢修，運維成本高昂是推高海上風(fēng)電項目巨額成本的最大推手，與運維成本相比，設(shè)備安裝和海底電纜的成本顯得微乎其微，海上風(fēng)電機組長期在復(fù)雜惡劣的環(huán)境下運行，正常的設(shè)備損耗和電氣運行產(chǎn)生的機組沖擊力，還有金屬構(gòu)件的振動損傷等故障還在其次，颶風(fēng)，雷暴等極端災(zāi)害天氣的造訪也是大概率事件，直接導(dǎo)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(fù)面影響，整機機組在可達(dá)性方面表現(xiàn)極差，種種不利因素把海上風(fēng)電運維成本持續(xù)推高，達(dá)到陸地風(fēng)電的2到3倍，對海上風(fēng)電項目來說，機組運維在整個開發(fā)利用與后期管理中是管理工作的重中之重[4]。當(dāng)前的時代背景是，國家海上風(fēng)電裝機規(guī)模和數(shù)量越來越大，產(chǎn)業(yè)發(fā)展步伐越來越快，工作任務(wù)越來越繁復(fù)，整個運維市場持續(xù)擴張。就運維模式來說，有三種主要類型。

2.1 定期檢修

風(fēng)電機組設(shè)備出廠時，廠家會向使用企業(yè)提出定期檢修的技術(shù)要求，如何確定定期檢修時間需要根據(jù)運行時長而定，工作內(nèi)容大致固定在維護(hù)和保養(yǎng)，作業(yè)程序和技術(shù)要求都相關(guān)規(guī)范化標(biāo)準(zhǔn)，定期檢修能保持機組的良好運行狀態(tài)，最大限度提高機組使用年限，海上風(fēng)力資源提高開發(fā)利用率，為人類造福，企業(yè)也因此取得較好經(jīng)濟效益。

2.2 日常運維

這項工作包括處理故障，發(fā)現(xiàn)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(yè)技能要求很高，它是整體運維管理中技術(shù)含量最高，同時挑戰(zhàn)也最大的工種，要達(dá)到最佳效果，要求參與人員具備高度的專業(yè)知識儲備，豐富的實踐經(jīng)驗和高超的技術(shù)能力，其工作質(zhì)量好壞對機組運行影響巨大[5]。

2.3 事故檢修

風(fēng)電機組一旦出現(xiàn)大體量構(gòu)件故障，須進(jìn)行拆卸維修，這個過程極為復(fù)雜，產(chǎn)生的修理費非常高，一旦事故發(fā)生須馬上請專家到場排查原因，牽頭制定維修方案并科學(xué)評估，最終確定后交由維護(hù)人員執(zhí)行。

2.4 預(yù)防性維護(hù)

管理人員通過日常觀測預(yù)判事故發(fā)生點，提前制定維修計劃，與事故發(fā)生后的維修結(jié)合起來，研究分析時引進(jìn)役齡遞減和故障遞增兩種因子，提出多種維修方案進(jìn)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(hù)役齡，審核維修計劃是否符合檢測結(jié)果，優(yōu)化維修策略，先維護(hù)單臺風(fēng)機，這種方法的缺陷是技術(shù)優(yōu)勢發(fā)揮受限，不能做到對機組的深度維護(hù)。須對機組構(gòu)件故障分別處置，故障構(gòu)件的維護(hù)方法可從多種方法中擇優(yōu)使用，以維護(hù)閾值的差異性為標(biāo)準(zhǔn)，對故障機組和正常機組維護(hù)方案進(jìn)行優(yōu)化完善。

3 海上風(fēng)電系統(tǒng)運行維護(hù)難點

3.1 過度依賴和受制于市場

開發(fā)海上風(fēng)電系統(tǒng)需要極高的技術(shù)含量做支撐，它的機組核心具有非常復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，通過高度專業(yè)化的設(shè)計安裝可以實現(xiàn)各個機組構(gòu)件的通力協(xié)調(diào)合作，這項新興產(chǎn)業(yè)得以發(fā)展壯大為國家發(fā)展提供能源支持，長遠(yuǎn)來看，發(fā)展海上風(fēng)電項目的制約因素主要來自于技術(shù)，舉例來說，運維海上風(fēng)電系統(tǒng)的涉及面太廣，國內(nèi)目前尚未解決核心技術(shù)欠缺自主發(fā)展能力的難題，關(guān)鍵構(gòu)件對國外進(jìn)口商的依賴較重，這給大力發(fā)展海上風(fēng)電增加了很多不確定性，拉高了投資風(fēng)險，需要相關(guān)部門全面協(xié)調(diào)運作，才能有效提高海上風(fēng)電系統(tǒng)的運維質(zhì)量。

3.2 交通不便

為海上風(fēng)電系統(tǒng)提供運行運輸任務(wù)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(yè)須馬上停止，而且只能靠壓縮海上作業(yè)時長來控制。

3.3 監(jiān)控設(shè)備過多

風(fēng)電系統(tǒng)的海上運行須面對極其惡劣的外部環(huán)境，給推進(jìn)運行帶來極大風(fēng)險和挑戰(zhàn)，維護(hù)管理成本長期居高不下，由于機組維護(hù)的超高難度，需要設(shè)置監(jiān)控設(shè)備監(jiān)測系統(tǒng)運行，客觀上造成整個系統(tǒng)出現(xiàn)了過多監(jiān)控設(shè)備的問題。

4 海上風(fēng)電系統(tǒng)運行維護(hù)措施

4.1 轉(zhuǎn)變運行方式

眾所周知，維護(hù)海上風(fēng)電系統(tǒng)安全運行成本高昂，需要大量的人力物力財力資源投入。當(dāng)前中國經(jīng)濟發(fā)展迅猛，海上風(fēng)電系統(tǒng)須借助現(xiàn)代先進(jìn)科技對項目運維模式進(jìn)行更新升級，摒棄落后的發(fā)展模式，向狀態(tài)檢修模式轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化過程中要重點關(guān)注計劃檢修和故障處理等內(nèi)容。檢修系統(tǒng)運行狀態(tài)，最基礎(chǔ)的工作內(nèi)容就是機組的檢修，合理控制預(yù)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(tǒng)數(shù)據(jù)，評估機組實時運行狀態(tài)，根據(jù)實際需要對檢修時點和機組位置進(jìn)行合理安排。技術(shù)人員須把系統(tǒng)運行狀態(tài)和檢修需要進(jìn)行有機融合，綜合評估當(dāng)前機組性能狀態(tài)，監(jiān)測須覆蓋系統(tǒng)所有部位，依據(jù)評估結(jié)論判定檢修的必要性，機組關(guān)鍵部位要重點關(guān)注，體現(xiàn)檢修作業(yè)的最大實效性，力求最佳檢修效果，另外，相關(guān)人員應(yīng)對系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)進(jìn)行有效管控，同步監(jiān)測實時狀態(tài)下的機組部位，陸續(xù)開展所有機組相關(guān)檢修，能最大限度地壓縮維護(hù)成本，同時提高機組運行效率。

4.2 加強海上風(fēng)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(yè)內(nèi)容的統(tǒng)稱，這項工作對壓縮前期運行監(jiān)測成本很有幫助，保證適度維護(hù)，缺陷是維護(hù)方式手段老舊，導(dǎo)致一個構(gòu)件有故障，連帶其他構(gòu)件出現(xiàn)損傷，這種檢修方式和定期檢修方式，在當(dāng)前的海上風(fēng)電系統(tǒng)中普及程度最高。同時，惡劣海上環(huán)境給風(fēng)電系統(tǒng)運行帶來極大的風(fēng)險隱患，而現(xiàn)代海上風(fēng)電的發(fā)展趨勢越來越走向深海，距離陸地太遠(yuǎn)，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(dá)到預(yù)期利用率，同時機組出廠質(zhì)量較差，作業(yè)人員經(jīng)驗欠缺也是主要限制因素，疊加海上的惡劣環(huán)境，也導(dǎo)致故障檢修對機組維護(hù)控制力的降低。

4.3 建立風(fēng)電新能源大數(shù)據(jù)平臺

海上風(fēng)電系統(tǒng)通過兩個渠道采集運維數(shù)據(jù)，第一，大數(shù)據(jù)時代的到來和技術(shù)普及，能對風(fēng)電機組進(jìn)行數(shù)據(jù)的即時處理，但是在挖掘過往數(shù)據(jù)方面深度不夠，風(fēng)電系統(tǒng)運行時會對結(jié)構(gòu)化信息進(jìn)行存儲，類型多樣的各式傳感器會對系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的定時采集；第二，大數(shù)據(jù)技術(shù)可幫助進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，風(fēng)電系統(tǒng)監(jiān)測方式工作評價已進(jìn)入半自動化時代，這種方法限制了設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)最大價值的發(fā)揮，需要通過構(gòu)建大數(shù)據(jù)能源平臺對上述數(shù)據(jù)深度分析，海上風(fēng)電系統(tǒng)預(yù)警系統(tǒng)的構(gòu)建就是以這些數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)進(jìn)行的。

4.4 加強工程計劃管理

實施海上風(fēng)電系統(tǒng)的運維工作計劃管理，其基礎(chǔ)條件是必須保證出海檢修作業(yè)時間，能保證全部作業(yè)的順利進(jìn)行，檢修作業(yè)的效率也可得以提升，做好氣象預(yù)測，統(tǒng)計整合相關(guān)數(shù)據(jù)，以此為據(jù)進(jìn)行檢修作業(yè)合理方案的制定，形成一種長期工程計劃管理模式加以應(yīng)用，須在工程計劃規(guī)劃之前統(tǒng)計全部關(guān)鍵部位，確保開始后的流暢銜接，最終達(dá)到保證系統(tǒng)安全穩(wěn)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(jìn)入出發(fā)狀態(tài)，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(fā)地相關(guān)證件，救生設(shè)備的配置必須全部到位，現(xiàn)場檢查可以通行后，須報請管理機構(gòu)和業(yè)主，核準(zhǔn)相關(guān)安全文件和各項關(guān)鍵數(shù)據(jù)，應(yīng)提前制定指示明確且一目了然的應(yīng)急預(yù)案，要在可操作性與可行性方面達(dá)到要求，嚴(yán)格落實國家海洋航行安全和消防安全政策，開展緊急狀態(tài)演習(xí)，評估演習(xí)質(zhì)量和效果，以此為據(jù)完善各項應(yīng)急預(yù)案。

4.6 做好臺賬管理

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

5 結(jié)束語

現(xiàn)如今，國家不斷倡導(dǎo)可再生新能源開發(fā)和利用，以便有效改善我國資源短缺問題，海上風(fēng)電是一種風(fēng)力發(fā)電方式，是可再生新能源開發(fā)利用的重要體現(xiàn)，但是目前海上風(fēng)電場運行維護(hù)成本過高的實際問題，已經(jīng)對我國海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的長遠(yuǎn)發(fā)展形成了一定制約，所以，相關(guān)人員應(yīng)有效探索海上風(fēng)電運行維護(hù)措施，以便助推海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的良性發(fā)展。