海上風(fēng)電設(shè)備運(yùn)維趨勢(shì)及成本影響因素分析

周欣

（國(guó)電電力浙江舟山海上風(fēng)電開(kāi)發(fā)有限公司，浙江 寧波 315042）

隨著海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，海上風(fēng)電設(shè)備的運(yùn)維成本也成為一個(gè)重要的問(wèn)題。海上風(fēng)電設(shè)備的特殊性質(zhì)和運(yùn)行環(huán)境使得其運(yùn)維難度較大，成本也較高。因此，如何降低海上風(fēng)電設(shè)備的運(yùn)維成本，提高設(shè)備的可靠性和使用壽命，成為海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)需要解決的問(wèn)題。

1 海上風(fēng)電設(shè)備運(yùn)維模式

1.1 自主運(yùn)維模式

1.1.1 運(yùn)檢一體

海上風(fēng)電設(shè)備的自主運(yùn)維模式中，運(yùn)檢一體是一種相對(duì)成熟的運(yùn)維模式。該模式是將設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和檢查狀態(tài)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行和檢查的同步進(jìn)行。從技術(shù)角度來(lái)看，運(yùn)檢一體模式主要依靠傳感器技術(shù)、監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)和人員技術(shù)三個(gè)方面來(lái)實(shí)現(xiàn)。首先，傳感器技術(shù)在運(yùn)檢一體模式中發(fā)揮著重要的作用。通過(guò)安裝各種傳感器來(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)風(fēng)機(jī)的各個(gè)部件的狀態(tài)，例如，溫度、振動(dòng)、電流等。這些傳感器將采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控系統(tǒng)中進(jìn)行分析處理，并根據(jù)預(yù)設(shè)的閾值進(jìn)行異常報(bào)警，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。其次，監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)也是運(yùn)檢一體模式的核心。監(jiān)控系統(tǒng)需要具備對(duì)傳感器采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和分析的能力，能夠進(jìn)行故障診斷、維修計(jì)劃、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等功能。同時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)的精度和可靠性是保證運(yùn)檢一體模式成功的關(guān)鍵。最后，人員技術(shù)也是運(yùn)檢一體模式的重要組成部分。通過(guò)對(duì)維護(hù)人員進(jìn)行專業(yè)技能的培訓(xùn)和提高，能夠更好地利用監(jiān)控系統(tǒng)提供的信息進(jìn)行設(shè)備運(yùn)維工作。維護(hù)人員需要對(duì)傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)的診斷結(jié)果進(jìn)行判斷和確認(rèn)，并對(duì)設(shè)備進(jìn)行必要的維護(hù)和修復(fù)工作。

1.1.2 運(yùn)檢分設(shè)

在海上風(fēng)電設(shè)備的自主運(yùn)維模式中，運(yùn)檢分設(shè)模式是一種常見(jiàn)的運(yùn)維模式，其核心是將設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和檢查狀態(tài)分離，由不同的團(tuán)隊(duì)進(jìn)行運(yùn)行和檢查，以實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的全面監(jiān)測(cè)和管理。具體來(lái)說(shuō)，運(yùn)行團(tuán)隊(duì)需要熟練掌握海上風(fēng)電設(shè)備的運(yùn)行原理和相關(guān)技術(shù)，對(duì)設(shè)備進(jìn)行操作和控制，保證設(shè)備在正常的工作范圍內(nèi)運(yùn)行。檢修團(tuán)隊(duì)需要掌握海上風(fēng)電設(shè)備的維護(hù)和修復(fù)技術(shù)，并熟練運(yùn)用各種檢測(cè)和測(cè)試工具，例如，紅外熱像儀、超聲波探傷儀、震動(dòng)分析儀等，對(duì)設(shè)備進(jìn)行全面的檢查和測(cè)試。對(duì)于檢修團(tuán)隊(duì)來(lái)說(shuō)，對(duì)于設(shè)備的維護(hù)和修復(fù)能力的提高，能夠極大地提高設(shè)備的可靠性和安全性。在運(yùn)檢分設(shè)模式中，設(shè)備的運(yùn)行和檢查是相互獨(dú)立的，但是兩個(gè)團(tuán)隊(duì)之間需要進(jìn)行信息交流，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備存在的問(wèn)題和解決措施。運(yùn)行團(tuán)隊(duì)需要及時(shí)反饋設(shè)備的運(yùn)行狀況和異常情況給檢修團(tuán)隊(duì)，以便檢修團(tuán)隊(duì)及時(shí)調(diào)度人員和物資進(jìn)行維護(hù)。

1.2 委托運(yùn)維模式

委托運(yùn)維模式是一種常用的海上風(fēng)電設(shè)備運(yùn)維模式，它是指風(fēng)電場(chǎng)設(shè)備的所有權(quán)歸屬于風(fēng)電場(chǎng)所有者，但運(yùn)維服務(wù)由第三方專業(yè)機(jī)構(gòu)提供。該模式主要通過(guò)合同約定來(lái)規(guī)范運(yùn)維服務(wù)的內(nèi)容、范圍、質(zhì)量、時(shí)間、費(fèi)用等方面的要求。在委托運(yùn)維模式中，設(shè)備的維護(hù)、保養(yǎng)和修理等工作由專業(yè)的維護(hù)服務(wù)機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)。由于風(fēng)電場(chǎng)的設(shè)備通常位于海上，需要投入大量人力和物力來(lái)維護(hù)和保養(yǎng)，相比自主運(yùn)維而言，專業(yè)的維護(hù)服務(wù)機(jī)構(gòu)通常有自己的專業(yè)團(tuán)隊(duì)，可以通過(guò)集中優(yōu)勢(shì)資源，對(duì)設(shè)備進(jìn)行全面的維護(hù)和管理，同時(shí)也能夠快速響應(yīng)和解決設(shè)備故障，提高維護(hù)效率，降低成本，提高設(shè)備的可靠性和可用性。

該模式的工作機(jī)制通常是：首先，風(fēng)電場(chǎng)所有者和運(yùn)維服務(wù)機(jī)構(gòu)簽訂合同，約定服務(wù)范圍和標(biāo)準(zhǔn)，以及運(yùn)維費(fèi)用等相關(guān)事宜。然后，運(yùn)維服務(wù)機(jī)構(gòu)根據(jù)合同約定，對(duì)設(shè)備進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)和故障修理等工作，以確保設(shè)備始終處于最佳工作狀態(tài)。通常委托運(yùn)維的內(nèi)容包括設(shè)備巡檢和維護(hù)保養(yǎng)、設(shè)備故障的診斷和修復(fù)、備件庫(kù)存的管理和補(bǔ)充、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)分析等方面。因此，維護(hù)服務(wù)機(jī)構(gòu)需要具備一定的技術(shù)實(shí)力和經(jīng)驗(yàn)，能夠?qū)υO(shè)備進(jìn)行全面的維護(hù)管理，并能夠快速響應(yīng)和解決設(shè)備故障，以確保設(shè)備的正常運(yùn)行。

2 海上風(fēng)電設(shè)備運(yùn)維成本影響因素

2.1 設(shè)備本身質(zhì)量

海上風(fēng)電設(shè)備運(yùn)維成本的影響因素有很多，其中之一是設(shè)備本身的質(zhì)量。設(shè)備的質(zhì)量問(wèn)題可能會(huì)導(dǎo)致運(yùn)維成本的增加，因?yàn)檩^低質(zhì)量的設(shè)備可能需要更頻繁地維修和更換。海上風(fēng)電設(shè)備包括風(fēng)輪機(jī)、變流器、電纜、轉(zhuǎn)子、塔架等多個(gè)部分，每個(gè)部分的質(zhì)量都可能影響設(shè)備的性能和壽命。在風(fēng)輪機(jī)中，軸承是一個(gè)重要的部件，其質(zhì)量直接影響著機(jī)組的轉(zhuǎn)速、運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定性和壽命。因此，高品質(zhì)的軸承能夠提高設(shè)備的壽命和可靠性，降低維護(hù)成本。在變流器中，高品質(zhì)的電子元件和散熱器可以提高設(shè)備的效率和可靠性，降低維護(hù)成本。在電纜中，高品質(zhì)的絕緣材料和護(hù)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(zhuǎn)子和塔架中，高品質(zhì)的鋼材可以提高設(shè)備的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，降低維修和更換成本。

2.2 設(shè)備零部件性能穩(wěn)定性

海上風(fēng)電設(shè)備是由眾多零部件組成的復(fù)雜系統(tǒng)，每個(gè)零部件的性能穩(wěn)定性都直接關(guān)系到設(shè)備的整體性能和壽命。風(fēng)輪機(jī)是海上風(fēng)電設(shè)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(fēng)輪機(jī)的運(yùn)行中，葉片需要具備較高的強(qiáng)度、耐久性和可靠性，以便在強(qiáng)風(fēng)和海浪等惡劣條件下能夠保持穩(wěn)定。軸承是風(fēng)輪機(jī)的關(guān)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(qiáng)度和高耐磨性，以承受風(fēng)輪機(jī)的高轉(zhuǎn)速和大扭矩。齒輪箱是風(fēng)輪機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)，其需要具備高強(qiáng)度、高精度、低噪音和高可靠性等特性。另一個(gè)重要的零部件是變流器，它負(fù)責(zé)將風(fēng)輪機(jī)產(chǎn)生的交流電轉(zhuǎn)換為直流電，并控制輸出電流和電壓等參數(shù)。變流器需要具備高效率、高穩(wěn)定性、高精度和高可靠性等特性，以保證電網(wǎng)的穩(wěn)定性和安全性。在電纜方面，海上風(fēng)電設(shè)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(shè)備能夠在海上環(huán)境中長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。在轉(zhuǎn)子和塔架中，鋼材需要具備高強(qiáng)度、高耐蝕性和高可靠性等特性，以承受海上惡劣環(huán)境的侵蝕和風(fēng)載荷的作用。

對(duì)于這些零部件，其性能穩(wěn)定性的要求主要包括以下幾個(gè)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(shè)備能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。其次，它們需要具有高效率和高性能，以提高設(shè)備的發(fā)電效率和經(jīng)濟(jì)效益。此外，它們還需要具備高防護(hù)性能，以應(yīng)對(duì)海上環(huán)境中的海水、風(fēng)、浪等自然因素的侵蝕。

然而，設(shè)備零部件的性能穩(wěn)定性也會(huì)受到一些因素的影響，這些因素可能導(dǎo)致設(shè)備零部件失效、損壞或降低性能，從而增加設(shè)備的運(yùn)維成本。海上風(fēng)電設(shè)備運(yùn)行環(huán)境的惡劣性可能會(huì)導(dǎo)致設(shè)備零部件的失效或損壞。

海上環(huán)境中存在海水、風(fēng)、浪等自然因素的侵蝕，這些因素可能導(dǎo)致設(shè)備零部件的腐蝕、磨損或疲勞，從而降低其性能穩(wěn)定性。設(shè)計(jì)和制造質(zhì)量不佳也會(huì)導(dǎo)致設(shè)備零部件的性能穩(wěn)定性下降。如果零部件的設(shè)計(jì)不合理或制造過(guò)程中存在缺陷，可能會(huì)導(dǎo)致零部件的強(qiáng)度、耐久性或可靠性不足，從而增加設(shè)備的故障率和維護(hù)成本。另外，運(yùn)行和維護(hù)不當(dāng)也是導(dǎo)致設(shè)備零部件性能穩(wěn)定性降低的原因之一。例如，風(fēng)輪機(jī)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(rùn)滑油和定期更換，以確保其性能穩(wěn)定。如果運(yùn)行和維護(hù)不當(dāng)，可能會(huì)導(dǎo)致零部件失效或性能下降。總之，海上風(fēng)電設(shè)備的運(yùn)維成本受到多種因素的影響，設(shè)備零部件的性能穩(wěn)定性是其中一個(gè)重要因素。為了降低設(shè)備運(yùn)維成本，必須加強(qiáng)對(duì)設(shè)備零部件的質(zhì)量管控和運(yùn)維管理，減少可能導(dǎo)致零部件性能穩(wěn)定性下降的因素。

3 海上風(fēng)電設(shè)備運(yùn)維成本控制方法

3.1 引入自動(dòng)化控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備自動(dòng)監(jiān)控和自適應(yīng)控制

隨著海上風(fēng)電行業(yè)的發(fā)展，設(shè)備的自動(dòng)化控制技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用，可以有效地降低運(yùn)維成本并提高設(shè)備的可靠性和安全性。引入自動(dòng)化控制技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備的自動(dòng)監(jiān)控和自適應(yīng)控制，從而優(yōu)化設(shè)備的運(yùn)行和維護(hù)，減少人為干預(yù)，提高工作效率和運(yùn)行的穩(wěn)定性。海上風(fēng)電設(shè)備中，常見(jiàn)的自動(dòng)化控制技術(shù)包括傳感器、PLC（可編程邏輯控制器）、SCADA（監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)）、機(jī)器視覺(jué)和人工智能等。這些技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控和自適應(yīng)控制，對(duì)設(shè)備的狀態(tài)和性能進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和控制，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)備的智能化和自動(dòng)化運(yùn)維。具體來(lái)說(shuō)，設(shè)備的自動(dòng)監(jiān)控可以通過(guò)安裝傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)，例如，溫度、壓力、振動(dòng)等傳感器可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備的工作狀態(tài)，當(dāng)出現(xiàn)異常情況時(shí)，會(huì)自動(dòng)發(fā)出警報(bào)并通知運(yùn)維人員進(jìn)行處理。而SCADA 系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控和控制，通過(guò)采集和處理設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)，進(jìn)行分析和診斷，可以提前預(yù)警設(shè)備故障并及時(shí)處理，避免出現(xiàn)嚴(yán)重后果。

另外，自適應(yīng)控制技術(shù)可以根據(jù)設(shè)備的狀態(tài)和運(yùn)行情況自動(dòng)調(diào)整運(yùn)行參數(shù)，優(yōu)化設(shè)備的性能和能耗，降低運(yùn)維成本。例如，PLC 控制器可以通過(guò)預(yù)設(shè)的邏輯和算法，根據(jù)設(shè)備的狀態(tài)自動(dòng)調(diào)整控制策略，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的自適應(yīng)運(yùn)行和維護(hù)。通過(guò)以上的自動(dòng)化控制技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)海上風(fēng)電設(shè)備的自動(dòng)化運(yùn)維，從而減少人為干預(yù)和操作，提高設(shè)備的運(yùn)行穩(wěn)定性和可靠性，降低運(yùn)維成本。例如，通過(guò)傳感器和SCADA 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和遠(yuǎn)程控制，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理設(shè)備故障，避免造成嚴(yán)重后果。而PLC 和自適應(yīng)控制技術(shù)可以優(yōu)化設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)和維護(hù)策略，降低能耗和運(yùn)維成本，提高設(shè)備的使用壽命和經(jīng)濟(jì)性。

3.2 采用模塊化設(shè)計(jì)和快速更換技術(shù)，提高設(shè)備的可維護(hù)性和可靠性

海上風(fēng)電設(shè)備運(yùn)維是一項(xiàng)復(fù)雜而關(guān)鍵的任務(wù)，而采用快速更換技術(shù)可以提高設(shè)備的可維護(hù)性和可靠性，降低運(yùn)營(yíng)成本?？焖俑鼡Q技術(shù)是一種將故障部件快速更換的維護(hù)技術(shù)，而不是拆卸整個(gè)設(shè)備。該技術(shù)可以使設(shè)備維修更加簡(jiǎn)單和高效，并且可以降低維修成本。在海上風(fēng)電設(shè)備運(yùn)維中，快速更換技術(shù)的應(yīng)用非常重要。首先，設(shè)計(jì)海上風(fēng)電設(shè)備時(shí)，應(yīng)考慮快速更換技術(shù)的應(yīng)用。例如，設(shè)計(jì)可拆卸的部件，以便在需要更換時(shí)可以快速更換。其次，建立故障庫(kù)，以便運(yùn)維人員可以根據(jù)故障庫(kù)中的信息迅速確定需要更換的部件。然后，建立詳細(xì)的快速更換程序，以便運(yùn)維人員可以快速更換故障部件。同時(shí)，定期培訓(xùn)維修人員，確保他們掌握快速更換技術(shù)的原理、應(yīng)用范圍、實(shí)施步驟和注意事項(xiàng)等。最后，數(shù)據(jù)記錄和分析也非常重要，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障和維護(hù)問(wèn)題，并采取相應(yīng)措施。在實(shí)際應(yīng)用中，快速更換技術(shù)可以提高海上風(fēng)電設(shè)備的可維護(hù)性和可靠性。當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，運(yùn)維人員可以快速更換故障部件，減少維修時(shí)間，從而最大化提高風(fēng)能生產(chǎn)效率。同時(shí)，快速更換技術(shù)也可以減少故障部件更換帶來(lái)的二次故障，提高設(shè)備的可靠性和穩(wěn)定性。在海上風(fēng)電設(shè)備運(yùn)維中，快速更換技術(shù)的應(yīng)用是非常必要的，可以提高設(shè)備的可靠性和運(yùn)行效率，同時(shí)也可以降低運(yùn)營(yíng)成本。

3.3 采用遠(yuǎn)程監(jiān)控和數(shù)據(jù)分析，降低人工巡檢成本

海上風(fēng)電設(shè)備運(yùn)維成本是企業(yè)在設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中需要承擔(dān)的主要成本之一。如何降低運(yùn)維成本，提高設(shè)備的運(yùn)行效率和穩(wěn)定性是海上風(fēng)電企業(yè)需要重視的問(wèn)題之一。其中，采用遠(yuǎn)程監(jiān)控和數(shù)據(jù)分析技術(shù)是一種有效的方法，可以幫助企業(yè)降低人工巡檢成本、提高設(shè)備維護(hù)效率和運(yùn)行穩(wěn)定性。

首先，遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)是指通過(guò)遠(yuǎn)程通訊手段實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行情況的一種技術(shù)。在海上風(fēng)電設(shè)備中，可以通過(guò)安裝傳感器、監(jiān)測(cè)裝置等設(shè)備，采集設(shè)備的各項(xiàng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，包括溫度、壓力、振動(dòng)、電流等指標(biāo)。這些數(shù)據(jù)可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)街醒氡O(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障和異常情況，提高設(shè)備的運(yùn)行穩(wěn)定性。

其次，數(shù)據(jù)分析技術(shù)是指通過(guò)對(duì)采集的設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，提取有用信息的一種技術(shù)。在海上風(fēng)電設(shè)備中，通過(guò)對(duì)設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析、數(shù)據(jù)挖掘等方法，可以識(shí)別出設(shè)備運(yùn)行中存在的問(wèn)題，比如，設(shè)備故障、能量損失等，幫助企業(yè)及時(shí)進(jìn)行維護(hù)和修復(fù)，降低運(yùn)維成本。為了實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和數(shù)據(jù)分析，企業(yè)需要搭建一套完整的系統(tǒng)。其中，包括傳感器、監(jiān)測(cè)裝置、中央監(jiān)控系統(tǒng)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理系統(tǒng)等多個(gè)部分。傳感器和監(jiān)測(cè)裝置可以安裝在設(shè)備不同部位，采集不同類(lèi)型的數(shù)據(jù)。中央監(jiān)控系統(tǒng)可以通過(guò)云計(jì)算等技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸和監(jiān)控。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理系統(tǒng)可以使用各種數(shù)據(jù)分析軟件，如Python、R 等，進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析和處理。此外，為了實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和數(shù)據(jù)分析的有效性，企業(yè)還需要建立一套完整的運(yùn)維管理機(jī)制。比如，設(shè)備監(jiān)控的閾值設(shè)置、設(shè)備維護(hù)計(jì)劃的制定、故障和異常情況的預(yù)警和處理等，都需要有具體的管理規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。