海上風(fēng)電運維現(xiàn)狀及探索

我國海岸線長，海上風(fēng)資源豐富，海上風(fēng)電又具有占地面積少，開發(fā)規(guī)模大，發(fā)電利用小時數(shù)高等特點，加上陸上風(fēng)電又面臨困境，以及國家政策利好，我國海上風(fēng)電開發(fā)建設(shè)已漸入佳境。與此同時，由此衍生出來的海上風(fēng)電機組運維的相關(guān)問題也受到了大家的廣泛關(guān)注。海上風(fēng)電機組相對于陸上來說故障率更高，因為它們面臨的是一個更加惡劣的環(huán)境、更高難度的維護方式等。隨著海上風(fēng)電的發(fā)展，海上風(fēng)電場建設(shè)不得不需要轉(zhuǎn)移到離岸更遠的地方，更深的水域。由于這個變化，運維成本將會增加，同時面臨更遠的運輸距離，更惡劣的氣候條件和更嚴峻的物流挑戰(zhàn)。那么如何降低成本，提高風(fēng)電場效益，成為了擺在大家面前的現(xiàn)實問題。

一、海上風(fēng)電運維現(xiàn)狀

因業(yè)主基于對海上風(fēng)電場建設(shè)投資成本的考量，和主機廠商相互間的競爭，導(dǎo)致海上風(fēng)電機組和陸上風(fēng)電機組一樣，采購價格不斷的下降，由此必然導(dǎo)致風(fēng)機整機配置降低和大量使用廉價質(zhì)平的部件，從而導(dǎo)致風(fēng)機整機的可靠性降低。

我國海上運維還處于相對落后的狀態(tài)。我國海上風(fēng)電運維面臨兩個難題。首先是機組故障率高，維修工作量大。國內(nèi)嘗試建造的海上風(fēng)電項目，使用國產(chǎn)機組大多為陸上機組經(jīng)適應(yīng)海上環(huán)境改造而成，機組運行試驗周期短，沒有很好的試驗和論證，使用的風(fēng)機在復(fù)雜惡劣的海上環(huán)境，故障率居高不下。

其次，運維作業(yè)受潮汐影響明顯，既有臺風(fēng)等惡劣工況，還存在較多的大風(fēng)、團霧、雷雨天氣，又有大幅淺灘，潮間帶各潮汐影響明顯，通達困難，交通設(shè)備選擇困難，海上維護作業(yè)有效時間短，安全風(fēng)險大且缺乏大型維修裝備。

目前，海上風(fēng)電運維基本照搬陸上風(fēng)電經(jīng)驗，計劃檢修為主、故障檢修為輔的運維模式。暨運維人員根據(jù)廠家指定的定檢周期對風(fēng)機進行計劃性保養(yǎng)和測試和風(fēng)機報故障，運行調(diào)度人員通知運維人員前往現(xiàn)場處理相結(jié)合。

長期以來我國電力行業(yè)都是實行預(yù)防性計劃檢修為主的檢修體制，計劃檢修對缺陷消除，滿足機組安全運行起到過有效的促進作用，但也有明顯的弊端，主要表現(xiàn)在過維修、欠維修及盲目維修等。

故障檢修是目前風(fēng)電運維最常做的事情，但是在海上，交通因天氣海況，存在極大的不確定因素，往往因為一個空開斷開，導(dǎo)致風(fēng)機停機幾天的情況常常發(fā)生，且單臺風(fēng)機報故障，運維人員來回交通成本巨大，對風(fēng)電場的效益產(chǎn)生極大的影響。

二、海上風(fēng)電運維亟需解決的問題

1、海上風(fēng)機狀態(tài)監(jiān)測與健康診斷。海上風(fēng)機的狀態(tài)監(jiān)測，在狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)基礎(chǔ)上建立的健康診斷、異常監(jiān)測以及壽命預(yù)測是后續(xù)進行合理運維的基礎(chǔ)。但是與風(fēng)電機組狀態(tài)監(jiān)測與健康診斷相關(guān)的技術(shù)卻還很不成熟。

2、海上風(fēng)機運維策略優(yōu)化研究。海上風(fēng)電機組運行積累經(jīng)驗少、運維方式不規(guī)范、且費用高。為了降低運維費用、提高發(fā)電效率，如何科學(xué)合理安排海上風(fēng)電機組的維護策略，盡量減少出海次數(shù)、提高每次出海的工作效率是海上風(fēng)電機組運維需要解決的關(guān)鍵問題。

3、海上風(fēng)電場運維后勤管理優(yōu)化研究。海上風(fēng)電場可及性差，風(fēng)電場全年可進入的時間有限，導(dǎo)致海上風(fēng)電場運維對海上風(fēng)電場運維中的人員、備件、以及交通工具等維護資源管理提出了相應(yīng)的要求。但是，一方面，目前大多數(shù)研究主要集中于單項運維資源優(yōu)化，缺乏結(jié)論性意見;另一方面，還未有結(jié)合風(fēng)電機組的可靠性數(shù)據(jù)與運維策略的綜合性研究成果。

4、海上風(fēng)機容錯運行研究。在當前海上風(fēng)機故障幾乎無可避免的條件下，開發(fā)海上風(fēng)電機組的容錯運行能力具有顯著的經(jīng)濟價值，但海上風(fēng)電機組故障容錯控制的實際可行性、運行效果及可持續(xù)時間等都有待進一步研究。

5、海上風(fēng)電場多機組多部件系統(tǒng)研究。目前關(guān)于風(fēng)電機組運維的研究大部分仍是基于單機單部件系統(tǒng)或單機多部件系統(tǒng)進行的，一方面，缺乏對風(fēng)電機組多部件之間故障相關(guān)性、結(jié)構(gòu)相關(guān)性及功能相關(guān)性的進一步分析;另一方面，海上風(fēng)電場可進入性差的特點與維修資源不足兩者疊加對機組可靠性及運維策略的影響也缺乏研究。

三、海上風(fēng)電運維方式轉(zhuǎn)變

計劃檢修和故障檢修需要大量的人力、物力、財力支撐。隨著業(yè)主提高經(jīng)濟效益的需要和科學(xué)技術(shù)的進步，海上風(fēng)電運維方式應(yīng)逐步向以狀態(tài)檢修為主、計劃檢修與故障檢修為輔轉(zhuǎn)變。

狀態(tài)檢修是以設(shè)備狀態(tài)為基礎(chǔ)，根據(jù)對潛伏性故障的離線測量和在線監(jiān)測的結(jié)果，結(jié)合巡檢數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、實時數(shù)據(jù)等技術(shù)，對設(shè)備進行狀態(tài)評估，并以此來指導(dǎo)安排設(shè)備檢修周期和項目維修問題。狀態(tài)檢修通過對設(shè)備結(jié)構(gòu)特點、運行情況、監(jiān)測數(shù)據(jù)分析等綜合分析，確定設(shè)備是否需要檢修，檢修中需要進行哪些項目，具有很強的針對性，可以取得較好的檢修效果。特別在海上風(fēng)電機組的運維上，運維人員根據(jù)機組運行數(shù)據(jù)、各點監(jiān)測情況，統(tǒng)一安排對多臺風(fēng)機進行狀態(tài)檢修，可大大節(jié)約交通成本，提高機組發(fā)電效率。

四、如何做好狀態(tài)檢修

1、提高運行監(jiān)控分析能力

風(fēng)電場運行人員的主要職責(zé)是監(jiān)視或調(diào)度各種變配電設(shè)備、風(fēng)機運行狀況、巡檢站內(nèi)設(shè)備和制作報表等。作為對風(fēng)機運行狀態(tài)監(jiān)控的第一人，運行人員需要具備較高的風(fēng)機專業(yè)技能素養(yǎng)。而目前，各個風(fēng)電場的運行人員素質(zhì)參差不齊，且有相當一部分非相關(guān)專業(yè)。而工作也僅僅停留在監(jiān)視和制作報表上，對風(fēng)機的狀態(tài)檢修十分不利。

要安排具備風(fēng)機運維較高水平的人員作為運行調(diào)度人員，對風(fēng)機傳回來的后臺數(shù)據(jù)進行監(jiān)控登記，并通過不同的風(fēng)速、負荷、溫度、各系統(tǒng)壓力等進行判斷分析，以此來發(fā)現(xiàn)風(fēng)機可能存在的問題。如某風(fēng)場歌美颯G87風(fēng)機報液壓油位低，登機后發(fā)現(xiàn)輪轂內(nèi)蓄能器出口油管破裂，液壓油泄露，整個輪轂中都是泄漏出來的液壓油，清理就用了三個多小時。如果運行人員在監(jiān)盤的時候能夠發(fā)現(xiàn)風(fēng)機的液壓系統(tǒng)在不斷的打壓或者壓力下降較快，及時通知檢修人員前去處理，那么就可以節(jié)省很多的處理時間。

運行調(diào)度人員要對數(shù)據(jù)有敏感性，同一運行條件下，若機組后臺監(jiān)控數(shù)據(jù)存在偏差，就要引起重視。某風(fēng)電場VESTAS V80機組，在夏季高溫風(fēng)大時，運行人員發(fā)現(xiàn)有部分風(fēng)機的發(fā)電機軸承溫度比其他風(fēng)機高8℃左右，通知檢修人員前往檢查。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，這些風(fēng)機的自動潤滑油脂泵控制系統(tǒng)報錯，沒有按時出油，導(dǎo)致發(fā)電機軸承潤滑不夠充分，經(jīng)手動添油和更換油脂泵后軸承溫度恢復(fù)正常。從以上事例我們看出，增加運行調(diào)度人員對數(shù)據(jù)的敏感度，有利于對風(fēng)機狀態(tài)的實時把控，為狀態(tài)檢修提供依據(jù)。

2、加強對部件生命周期的監(jiān)控

電氣部件的壽命有其規(guī)律性。如接觸器的電氣壽命大約在十萬次。某風(fēng)場VESTAS風(fēng)機在運行至第三年的時間，多臺風(fēng)機報Q8斷路器打開，經(jīng)檢查為液壓站電機接觸器粘合，導(dǎo)致過流，造成斷路器斷開。如果能提前對風(fēng)機上經(jīng)常動作的電氣部件壽命進行統(tǒng)計核算，就可以在部件壽命結(jié)束之前更換，這樣就可以避免風(fēng)機因部件損壞而停機。

特別是海上風(fēng)電機組，長期在高溫高濕高鹽分的環(huán)境中運行，設(shè)備受腐蝕老化的速度更快，要加強對風(fēng)機的散熱風(fēng)扇扇葉、通風(fēng)管道以及油系統(tǒng)的油管和閥的腐蝕老化監(jiān)控。

3、做好大部件的狀態(tài)監(jiān)測

風(fēng)機的齒輪箱、主軸等大部件價格昂貴，且更換難度和成本較高。要加強對大部件的運行狀況監(jiān)測，在大部件出現(xiàn)不可彌補的故障之前處理。這時候，風(fēng)機機組的在線監(jiān)測系統(tǒng)就尤為重要，該系統(tǒng)可以監(jiān)測到齒輪箱、主軸軸承、發(fā)電機軸承等機械設(shè)備的運行狀況，從而判斷出這些部件是否存在問題。這時候運維人員便可以實現(xiàn)對風(fēng)電機組的主動性維護。

五、總結(jié)

海上風(fēng)電機組的可靠性顯得格外重要。提倡海上風(fēng)機一定要高配，不要因為海上風(fēng)電電價的影響打價格戰(zhàn)，降低了風(fēng)機的配置，從風(fēng)電場的整個生命周期來說，這是得不償失。為降低海上風(fēng)電場運維成本及提高風(fēng)電場可利用率，需要合理的規(guī)劃海上風(fēng)電場運維工作，針對不同的故障信息，選擇最優(yōu)維護方案。模型的建立需要考慮運維船配置、氣候參數(shù)、風(fēng)機具體故障、處理故障需要時長及人數(shù)等要素。

海上風(fēng)電運維的目標是在全壽命周期內(nèi)，降低運維成本，降低發(fā)電損失，提高風(fēng)電機組的發(fā)電量，從而提高客戶收益。海上風(fēng)電運維與陸上風(fēng)電運維最大的區(qū)別在于可達性差，造成的運維難度的加大和運維成本的提升。為了解決海上風(fēng)電運維的難題，我們需要創(chuàng)新海上風(fēng)電運維模式，圍繞服務(wù)調(diào)度展開相關(guān)工作，從而形成全面的海上風(fēng)電運維解決方案。

狀態(tài)檢修在風(fēng)電領(lǐng)域是一項帶有創(chuàng)新意義的開拓性工作，沒有現(xiàn)成的經(jīng)驗。特別是海上風(fēng)電剛剛起步，缺乏全生命周期的運行經(jīng)驗。為保證風(fēng)電場的安全生產(chǎn)和減少檢修成本，海上風(fēng)電場應(yīng)根據(jù)自身特點，綜合考慮設(shè)備狀態(tài)信息及設(shè)備對系統(tǒng)的安全性、可靠性、經(jīng)濟性等方面的影響，積極開展適合海上風(fēng)電特點的狀態(tài)檢修工作，為海上風(fēng)電事業(yè)發(fā)展做出貢獻。