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    海上风电运行维护问题策略探索

    来源:电力设备管理   发布时间:2019-08-14 10:41 阅读数:4183

    我国海上风能资源丰富,且主要分布常规能源相对匮乏的东南沿海地区,该地区经济发达、电网架构完善,完全满足海上风电大规模开发和并网。根据中国"十二五"可再生能源规划,2015年我国海上风力电装机500万千瓦,规划到2020年海上风电装机3000万千瓦。在这个相对陌生的领域,有必要深入分析和探索适合我国海域实际管理和运维的模式,提高海上风力发电机组设备运行和维修水平,降低事故突发率,提高海上风电发电效率和效益。

    1 海上风电运行和维护特点

    1.1 相关维护技术标准严

    海上风电开发不同于陆地风电,其对于技术的依赖性相对更高,标准更为严苛。虽然我国具有一定的海洋开发基础,但在海上风电的研究上,仍与世界发达国家存在技术差距,技术经验相对匮乏。尤其是远离陆地的条件下,海上气候条件、水文条件、海水侵蚀、机件运输、设备安装、日常管理等各项问题接踵而来,对于海上风电平台的运行和维护都提出了较高的要求。

    同时,在海上风电的运行模式与陆地风电存在着明显的差异性,针对海洋环境如何高效运行成为初期开发与后期运维亟待解决的首要问题。

    1.2受环境因素干扰明显

    海上风电开发有其特殊性,具有广阔的开发利用空间,同时海上风电机组又具有分布范围广、管理层面多、维护难度大等特点。相较于陆地而言,涉及海洋的管理实施难度较大,海洋水文、气象环境更为复杂,季风、台风等海洋气候交替,海水对于风电设备的侵蚀等,加之水上交通与人力限制,大大压缩海上风电日常维护与管理有效作业时间,遇特殊气象条件(如大雾、台风)更会直接影响海上运行与维护工作的开展。

    1.3 运行维护成本费用高

    海上风电设备属于高端制造设备,其部分核心部件开发与生产在我国仍具有局限性,海上风电为获取更高效益逐步加大机组容量、机身体型,当然也加大后续日常维护难度和维护成本。

    在维护的过程中,需要运用大量的运输船舶、起重船舶以及专用工程设备,维护价格居高不下。海洋天气、环境变化莫测,很多时候甚至出现无功而返的情况。海上风电设备维护效率较低,外加各种不确定因素的影响,导致设备故障率上升。据相关数据显示,海上风电平台运行维护费用,相较于陆地风电设备运行维护费用高2~4倍。

    2 海上风电运行和维护现状

    2.1 技术管理经验缺乏

    我国在高端制造业方面,在近年来的开发研究中取得了令人瞩目的成果,但设备的研发-投放-改进是一个闭环过程,海上风电的后期应用与改进环节,由于立足我国海洋环境的运行维护经验较为缺乏,暂不足以支撑改进实现很好的闭环。风电行业虽在我国已历时二十余载,但主要集中于陆地风电,离岸风电受发展时间限制,暂缺乏针对性的应用技术与管理系统,完全依赖传统管理无法满足现有需求。在当前的环境中,我国海上风电运行维护管理还处于初级阶段,对于运行维护经验与技术均有所欠缺,急需引进或创新更为切实有效的海上风电运行维护技术。

    2.2 重开发轻维护

    一直以来,我国就将新兴产业发展作为重要的建设基础,把“科学技术是第一生产力”作为发展的理念指引,投入大量资金,以产品开发作为重中之重,迅速占领国内外市场,提升国际竞争力。反观产品后续产业链的延伸则略显滞后,比如海上风电领域,在产品质量与开发技术创新上,都属于国际领先产水平,而后期海上风电管理、运维技术却无法及时与前期的先进性保持一致,为此反而增加了后期的管理、维护风险与成本。

    2.3 过度依赖和受制于市场

    海上风电开发平台,技术含量高,核心构造复杂,但得益于各方有效分工合作,使我国海上风电产业迅速规模化发展,改善我国能源问题。但从长远来看,海上风电行业受技术渠道制约性仍然存在,如运行与维护过程,所涉及的领域繁多,核心技术自主化能力不足,大量的设备仍需依赖于供应商的技术,造成海上风电建设中不确定因素增加,投资风险增大。因此有必要形成有机、全面协调机制,促进自身运行维护能力提升。

    2.4 运行与维护未有效统一

    现阶段我国能源产业发展符合我国基本国情和政策促进,海上风电产业建设受到广泛的关注和重视,海上风电已成为新能源行业新宠,在资金投入上不惜一掷千金,部分海域开发成本甚至突破2万元/kW。前期海上风电建设步伐加快,高端装备投入动辄数十亿元,但其对于后期运行和维护的投入却屈指可数,运行、维护仍处于传统陆上风电水平,运维停留于日常维护或事后检修,缺乏科学性的统筹,未针对海上风电的特殊性,有效统一运行与维护,探索运、维新技能,创新管理模式,提高运维效率,降低设备故障水平。

    3 海上风电运行维护策略探索

    3.1 实行运行维护标准化管理

    3.1.1 安全管理实施标准

    海上风电运行维护,涉及面广、内容杂、风险大,在进行作业实施的过程中,安全管理工作内容显得尤为重要。海上风电作业环境相对恶劣,其不确定或危险系数明显高于陆上风电。因此,在海上风电运行维护作业中,要充分考虑安全作业因素,确保作业安全。对于所涉及的所有作业专业,要切实抓好安全管理,使用具有相关海上作业资质的工程船舶人员进行施工作业,同时还应做好应急物资储备,具备工程设备操作、应急抢险等多方面能力。在海上作业开工前,应开展安全教育培训、应急预案演练、安全设备使用及作业流程规范等,并根据现场实际制定安全操作规程,全方位多角度进行安全隐患排查,形成安全监督管理机制,确保作业过程中设备、人员安全。

    3.1.2 运维船舶管理标准

    海上风电作业需要大量依赖于船舶、设备机件,不仅包括前期建设吊装阶段,也包括后续的日常运行与维护。海上风电运维主要依靠船舶及其附属机件,这也是目前国内海上运维与管理的主要承载工具,在实施过程中海上风电机组分布范围广,作业面大,也对船舶及其附属机件管理的水平提出更高要求,既要保证在有效作业时间内安全返还,也要保证运维质量可靠,不留下检修隐患。由此,也就要求在作业前,除了履行相关作业签发、许可和安全交底手续外,应形成有效的运输管理方案与执行标准,按照运维需要对船舶进行统一管理与调度,做好风险防范与应急处置预案,同时加强人员与船舶台账管理,全面记录船舶、人员、设备的使用情况,做到用有标准、查有依托、防有措施,确保在海上风电维护工作高标准落实。

    3.1.3 作业流程管控标准

    海上风电运维作业与陆地作业具有明显差异,陆地风电设备运维基本能够充分利用设备、人员快速开展工作,而海上风电则并非如此,其作业难度起点高,设备与人员投入有限,由于海洋环境气候因素,作业的时间无法有效保证,极有可能出现作业中断情况,无功而返。因此,进行海上风电运行及维护,应根据作业实际,制定合理化、科学化、标准化的维护作业流程,严格实施标准管理,按照所需物料、运输调度、人员分工、运维步骤等方面的特点,形成有条不紊的维护实施方案,保障突发情况下有序收尾,切实提高海上风电作业流程管控机制,实现维护流程标准化。

    3.2 确保运行维护后勤保障到位

    3.2.1 物料储备充足考虑

    海上风电运维的特殊性,在海况、环境受制的条件下,确保在有效的作业时间完成既定运维任务,充足物料储备保障必不可少。海上风电的运维物料储备需进行科学全面的筹划,根据装机容量、机组数量与维护周期,利用大数据管理与分析,提供可靠的量化参考,同时根据日常的维护情况统计,将外界因素影响降到最低,从而制定出行之有效的物料备件管理储备方案,核对物料备件储备定额,设定物料备件偏少警戒线,确保在进行运行与维护过程中,物料备件充足却不会过量储备,增强风电平台零部件的合理管控,确保资金的有效利用,减少因过量储备所造成的不必要损失。

    3.2.2 运行维护调度精

    准海上风电的运行与维护工作除执行陆上风电维护的相关标准外,还应考虑海况、水文、交通、气候等因素,这些都对运行维护调度的精准性提出挑战。如遭遇特殊情况,则需通过合理调度,进行有效的处理与维护,努力减少不必要的经济损失。为此,必须建立行之有效的调度管理办法,及时掌握相应海上风电的气象、水文资料,研究其相关的规律,并建立数据分析监测,对每个运维项目的作业内容进行事先预习,确保合理的调度,以降低成本消耗与时间浪费,同时也能够最大程度确保设备与人身安全。

    3.3 加大运行维护智能化水平

    3.3.1 综合信息的智能化

    随着信息网络技术的普及与应用,我国在各领域的智能化水平都在显著提升,其中也包括海上风电的应用。就目前实际情况而言,我国的海上风电建设开发时间不长,各方面经验、数据不够充分,对于智能化管理的水平仍处于发展阶段,但却具有极大的提升和发展空间。要实现海上风电综合信息的智能化管理,还需要进行各要素的统筹,如风电设备档案的建立、人员信息管理、设备维护登记信息、气象监测信息等全要素,通过各子系统的规范与智能构建,以促进海上风电的综合信息智能化管理水平的提升。同时,还需要根据船舶、备件、人员、设备等资源的有效分配,通过大数据分析,实现综合性的统筹,以确保运行维护工作高效开展。

    3.3.2 监控与运行的智能化

    海上风电处于快速发展阶段,各方对于运行与维护的技术探索研究仍在加速进行,就目前的管理现状来看,对于海上风电的运行与维护监控依然沿用传统陆上风机的方法手段,针对海上风电的特性仍缺乏行之有效的监控措施。基于此,建立有效的监控与运行智能化平台十分迫切,虽然我国在海上风电的运行与维护领域缺乏先进的经验借鉴,以及相关的数据积累,但在长期的探索过程中也形成了相关的技术开发能力,结合综合信息智能平台的应用,加强对于设备运行监控则事半功倍。利用监控与运行管理的智能化,能够让海上风电平台的运行数据与控制端形成联通对接体系,让管理者能够全面掌握平台的运行状态,对可能出现的问题进行预警与防范,并利用系统进行数据的采集,为后续的智能化平台研究提供参考。

    3.3.3 故障诊断与监测智能化

    海上风电相比陆上风电投资更大,后期如何运行与维护好这些动辄上亿的设备设施成为重点考虑的问题。按照传统运维模式,主要靠人员经验判断,有时不够科学、经济,甚至可能出现误判、气候、交通等方面问题,维护成本高昂且效率不高。对此,急需利用有效的故障辅助系统进行规避。海上风电机组从海缆、基础、塔筒到机舱,其各个部件紧密相连,一旦重要部件出现故障,将影响整机甚至临近馈线机组的可靠运行。如开展海上风电基础结构安全监测,有利于精确掌握其服役状态,掌握其全寿命期的应力、应变、振动、倾斜、腐蚀、波浪力等的监测数据,并及时进行预警,避免因海上风电基础失效造成较大经济损失。如通过海缆智能监测系统实时监测海缆的扰动、温度、载流量、埋深等运行参数,并基于AIS(AIS系统能实时跟踪、采集船舶的AIS信号),配合全球定位系统(GPS),实时掌握海缆附近海面的船舶资讯,对可能发现锚害进行跟踪与预警。如通过智能化的故障诊断与监测系统,则能够实时显示风电机组运转情况,并对故障进行细致的描述,让管理者能够快速进行针对性的维护决策,提升紧急抢修、日常维护的效率,减少大量的运行费用与维护难度,从而实现海上风电的智能化管理。

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