鄭俊杰

【摘 ?要】風(fēng)力發(fā)電對于氣候變化、環(huán)境保護(hù)、能源轉(zhuǎn)型等方面表現(xiàn)出巨大的作用，現(xiàn)如今，海上風(fēng)電場的發(fā)展越來越快，盡管我國海上風(fēng)電場的起步落后于其他國家，但我國未來風(fēng)力發(fā)電不容小覷。本文主要分析目前海上風(fēng)電場的運(yùn)維現(xiàn)狀，探究現(xiàn)階段的運(yùn)維模式和運(yùn)維技術(shù)，為未來海上發(fā)電廠的發(fā)展方向提供參考依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】海上風(fēng)電場;運(yùn)維模式;運(yùn)維技術(shù)

海上風(fēng)電場是在水深近30-50米的位置建設(shè)的近海風(fēng)電場，與陸上風(fēng)電場相比，海上風(fēng)電場不占用土地資源，也不受地形地貌的影響，海上的風(fēng)能可利用率較高，海上風(fēng)電機(jī)組最大單機(jī)容量已達(dá)到7兆瓦，海上機(jī)組年平均可利用小時(shí)數(shù)約3500小時(shí)。因此海上風(fēng)電具有風(fēng)能資源豐富、對環(huán)境的負(fù)面影響小、易于規(guī)?；_發(fā)等優(yōu)勢。我國的海上風(fēng)能資源豐富，而且主要分布在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)較強(qiáng)的東南沿海地區(qū)，根據(jù)我國“十二五”可再生能源規(guī)劃，計(jì)劃到2020年海上風(fēng)電裝機(jī)3000萬千瓦，尤其是在未來五年，我國的海上風(fēng)電將進(jìn)入快速發(fā)展階段。

一、目前海上風(fēng)電場的運(yùn)維現(xiàn)狀

盡管目前我國海上風(fēng)電裝機(jī)的容量越來越大，但是其具有運(yùn)維難度較大，費(fèi)用較高等特點(diǎn)，導(dǎo)致海上風(fēng)電的費(fèi)用高于陸上風(fēng)電的費(fèi)用，這嚴(yán)重降低了海上風(fēng)電場的收益。由于海洋環(huán)境的影響，使得海上風(fēng)電場的運(yùn)維現(xiàn)狀不太理想，主要有以下幾點(diǎn)。

（一）運(yùn)維費(fèi)用高

對海上風(fēng)電場進(jìn)行運(yùn)維作業(yè)時(shí)，需要租賃或購買專業(yè)維護(hù)船，而市場上大部件維護(hù)的船舶較少，使用時(shí)還需排隊(duì)，直升機(jī)運(yùn)維目前成本非常高還暫不能普及，因此，需要消耗大量的資金，各種零部件的運(yùn)輸和吊裝成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于陸上風(fēng)電場。除此之外，海上風(fēng)電場的運(yùn)維工作受海上環(huán)境的影響，機(jī)組故障容易受天氣和潮水的影響，不能及時(shí)進(jìn)行機(jī)組處理，造成一定的電量損失，導(dǎo)致海上風(fēng)電場維護(hù)的成本高于陸上風(fēng)電場的3倍以上。因此，尋找科學(xué)合理、切實(shí)可行的運(yùn)維模式成為目前海上風(fēng)電場開發(fā)和維護(hù)中需要研究的重點(diǎn)問題。

（二）機(jī)組出故障率高

目前我國的海上風(fēng)電場基本上分布在東南沿海地區(qū)，盡管海上風(fēng)電場的風(fēng)速較大，年利用小時(shí)較高，然而運(yùn)維作業(yè)時(shí)受環(huán)境影響明顯，經(jīng)常受到團(tuán)霧、臺(tái)風(fēng)、海浪、雷雨天氣等惡劣的自然天氣所影響，嚴(yán)重降低風(fēng)電場中風(fēng)電機(jī)組的使用壽命，機(jī)組出故障率高。另外，一般海上風(fēng)電場距海岸20千米以上，距離較遠(yuǎn)，不利于日常巡視檢查，所以，海上風(fēng)電場機(jī)組出故障率顯著高于陸上風(fēng)電場機(jī)組。根據(jù)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，海上風(fēng)電機(jī)組的年平均可利用率為80%左右，而陸上風(fēng)電場的年平均可利用率高達(dá)98%。

（三）機(jī)組可達(dá)性差

現(xiàn)階段大多數(shù)海上風(fēng)電場設(shè)置在海洋氣候與大陸氣候交叉的區(qū)域，這些區(qū)域的環(huán)境變化明顯，海浪較多，而且這些惡劣的環(huán)境導(dǎo)致海上運(yùn)輸船和直升機(jī)等不能作業(yè)，當(dāng)海浪較高、風(fēng)速超過規(guī)定風(fēng)速范圍內(nèi)時(shí)，運(yùn)維人員受環(huán)境所影響不能及時(shí)出海對設(shè)備進(jìn)行維護(hù)。海上風(fēng)電設(shè)備進(jìn)行維護(hù)作業(yè)具有隨機(jī)性，根據(jù)環(huán)境的變化而決定是否展開維護(hù)，每年進(jìn)行維護(hù)的時(shí)間較短，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)階段每年對海上風(fēng)電場中設(shè)備進(jìn)行維護(hù)的時(shí)間僅有200天左右。

二、海上風(fēng)電場的運(yùn)維模式

對海上風(fēng)電場進(jìn)行維護(hù)是為了保證機(jī)組能夠正常運(yùn)行，因此，研究海上風(fēng)電的運(yùn)維模式對保證風(fēng)電場經(jīng)濟(jì)性與可靠性至關(guān)重要?，F(xiàn)目前對海上風(fēng)電場的維護(hù)模式分為三種，分別是以發(fā)生問題運(yùn)維模式、計(jì)劃運(yùn)維模式以及狀態(tài)運(yùn)維模式，具體分析如下。

（一）已發(fā)生問題運(yùn)維模式

已發(fā)生問題運(yùn)維模式是在海上風(fēng)電場設(shè)備出現(xiàn)故障之后，相關(guān)運(yùn)維人員進(jìn)行海上進(jìn)行運(yùn)維的模式，由于海上自然條件的限制，其故障發(fā)生具有隨機(jī)性和不確定性，而且交通運(yùn)輸不便利，運(yùn)維人員難以進(jìn)入海上進(jìn)行維護(hù)。當(dāng)海上天氣情況較為惡劣，維護(hù)人員就難以靠近風(fēng)電設(shè)備進(jìn)行維修，假如不能在出現(xiàn)故障的第一時(shí)間展開維護(hù)，就會(huì)導(dǎo)致風(fēng)電設(shè)備停機(jī)的時(shí)間較長，損失巨大的電量。

（二）計(jì)劃運(yùn)維模式

計(jì)劃運(yùn)維模式是在熟練掌握風(fēng)電設(shè)備的出故障規(guī)律和特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，不管設(shè)備處于什么狀態(tài)，都可以按照事先規(guī)定的時(shí)間對其進(jìn)行維護(hù)的一種模式。計(jì)劃運(yùn)維模式主要分為日常巡查、特殊巡查和檢修三種方式。日常巡查主要是對海上風(fēng)電機(jī)組設(shè)備、海上升壓站設(shè)備、風(fēng)電場惻風(fēng)裝置、風(fēng)電場高壓配電線路的巡查，是日常的基礎(chǔ)設(shè)施的檢查。特殊巡查是在臺(tái)風(fēng)、暴雨等惡劣天氣，海上風(fēng)電機(jī)組、升壓站設(shè)備無法正常運(yùn)轉(zhuǎn)，以及展開事后運(yùn)維和添加新設(shè)備后進(jìn)行的巡查，考慮天氣的計(jì)劃運(yùn)維模式能夠顯著降低運(yùn)維成本，對其進(jìn)行定檢定修，即定期進(jìn)行檢查，一旦發(fā)生問題要及時(shí)的進(jìn)行處理，同時(shí)還要定期進(jìn)行檢修維護(hù)即便沒有大故障也要進(jìn)行檢修維護(hù)，避免因?yàn)橐粋€(gè)小小的問題而引發(fā)大問題，因此，計(jì)劃運(yùn)維模式是目前海上風(fēng)電場進(jìn)行維護(hù)最經(jīng)濟(jì)可行的模式，同時(shí)也是目前海上風(fēng)電場所采用的最主要的運(yùn)維模式。

（三）狀態(tài)運(yùn)維模式

狀態(tài)運(yùn)維模式屬于一種預(yù)防性維護(hù)，在海上風(fēng)電場的設(shè)備中安裝各種傳感器，對設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和數(shù)據(jù)進(jìn)行收集和反饋，對設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行評估，判斷其是否正常運(yùn)轉(zhuǎn)，假如出現(xiàn)故障并判斷出故障的發(fā)生位置，明確對設(shè)備維護(hù)的時(shí)間和維護(hù)內(nèi)容。狀態(tài)運(yùn)維模式是對設(shè)備的檢測過程中產(chǎn)生的各類信息進(jìn)行分析和判斷，能夠及時(shí)的發(fā)現(xiàn)故障，確定故障所在位置，并且快速制定切實(shí)可行的維護(hù)計(jì)劃。同時(shí)還可以預(yù)測海上風(fēng)電設(shè)備剩余壽命，對機(jī)組設(shè)備進(jìn)行壽命預(yù)測，提前安排設(shè)備的維護(hù)方案和預(yù)防性更換，充分調(diào)動(dòng)現(xiàn)有的維護(hù)資源，避免一些設(shè)備壽命到期而造成不必要的損失。狀態(tài)運(yùn)維模式能夠在最大程度上保證海上風(fēng)電場設(shè)備的正常使用，減少不必要的維護(hù)，減少浪費(fèi)的停機(jī)時(shí)間，有效的降低維護(hù)產(chǎn)生的成本。

三、海上風(fēng)電場的運(yùn)維技術(shù)

（一）海上風(fēng)電機(jī)組設(shè)備狀態(tài)檢測技術(shù)

（1）震動(dòng)檢測技術(shù)

振動(dòng)檢測技術(shù)是分析設(shè)備各個(gè)部件的震動(dòng)頻率和振動(dòng)特點(diǎn)，對根據(jù)頻率和特點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)，得出設(shè)備各個(gè)部件的振動(dòng)傳達(dá)的信息，進(jìn)而對設(shè)備的故障進(jìn)行定位和判斷。

（2）油液監(jiān)測技術(shù)

油液監(jiān)測技術(shù)是通過分析被監(jiān)測機(jī)器的在用潤滑油和液壓油的性能變化和攜帶的磨損微粒的情況，獲得機(jī)器的潤滑和磨損狀態(tài)的信息，評價(jià)機(jī)器的工況和預(yù)測故障，并確定故障原因、類型和零件的技術(shù)。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，油液檢測技術(shù)也朝著集成化、智能化、在線化方面發(fā)展，幫助海上風(fēng)電場預(yù)測故障并判斷故障發(fā)生的位置。

（3）視頻監(jiān)測技術(shù)

現(xiàn)階段海上風(fēng)電場主要將視頻檢測技術(shù)中的圖像智能識別比對技術(shù)應(yīng)用于一些大部件上，比如海上風(fēng)電設(shè)備的變槳軸承、變槳機(jī)構(gòu)、葉片、發(fā)電機(jī)等部位，利用視頻檢測技術(shù)，對這些部位進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)控，一旦出現(xiàn)異常，能夠通過視頻直觀的找到異常發(fā)生的位置，進(jìn)而安排人員進(jìn)行維修，提高檢查和維修的效率。

（二）互聯(lián)網(wǎng)運(yùn)維技術(shù)

隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，物理網(wǎng)、大數(shù)據(jù)以及人工智能等技術(shù)趨于成熟，并廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，在海上風(fēng)電場中應(yīng)用這些技術(shù)，成為未來海上風(fēng)電場的發(fā)展趨勢。利用大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)能夠?qū)︼L(fēng)電設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行分析，判斷其故障發(fā)生的原因和地點(diǎn)，為整個(gè)風(fēng)電設(shè)備進(jìn)行綜合分析，能夠提前預(yù)警。同時(shí)，還有故障預(yù)警、狀態(tài)監(jiān)測、機(jī)組亞健康等管理手段，以及無人機(jī)、各種智能維修機(jī)器人等智能設(shè)備也被廣泛應(yīng)用于故障管理和巡查隊(duì)伍中，避免人工維護(hù)產(chǎn)生的安全問題，還能夠提高巡查的質(zhì)量和效果，減少運(yùn)維人員的工作量，但是這些先進(jìn)機(jī)器的使用受自然環(huán)境的限制。將智能診斷和自動(dòng)維護(hù)技術(shù)應(yīng)用于海上風(fēng)電場的運(yùn)維中，將會(huì)成為未來研究的一個(gè)方面。

總結(jié)

總而言之，海上風(fēng)電場中的運(yùn)維問題日益凸顯出來，運(yùn)維模式和技術(shù)就顯得尤為重要，只有對其展開深入研究才能促進(jìn)我國海上風(fēng)電場的可持續(xù)發(fā)展，開創(chuàng)一條符合我國國情和海上風(fēng)電場發(fā)展之路，為我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展提供巨大的效益，帶領(lǐng)我國海上風(fēng)電向著智能化發(fā)展。

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（作者單位：北京金風(fēng)科創(chuàng)風(fēng)電設(shè)備有限公司）