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海上风电运维服务探索之运维船
发表时间:2017-06-07 09:38来源:中国能源报 字体:[][][] [打印] [关闭]

    运维是发展海上风电的重要一环。海上风电运维过程中会遇到诸多问题,运维船是最具代表性的问题之一。

    海上风电运维服务介绍

    海上风电市场在我国是新兴市场,真正成规模开发是从2015年开始的。随之而来的海上风电运维市场也是欣欣向荣。然而海上风电运维有着一些特点和难点,主要包括:受台风、气流和闪电等恶劣海洋环境影响,机组容易出现故障;受风浪影响,运维人员难以到达机组,故障待修时间长,发电损失大;缺乏专业装备,运维效率低,安全风险大;海上维修困难,尤其是大部件更换;智能化低,预防维护少;缺乏运维管理经验;海洋气象监测不精确。

    由于一切都在起步阶段,海上运维的现状不尽如人意,在我国某离岸较近的海上风电场,机组可利用率远低于陆上风电场的可利用率,随着在建和未来海上风电场离岸距离的增加,如果采用现有运维模式,采用现有运维船,将导致机组可利用率难以达标,严重影响发电收益。

    欧洲的海上风电已经大规模开展,提高海上风电运维能力成为降低停机损失、提高发电量的重要保障措施。风电运维港口和运维船构成了海上风电运维的主要设施和装备。

    海上风电运维船及其发展趋势

    海上风电运维船是用于海上风力发电机组运行维护的专用船舶。该船舶在波浪中应具有良好的运动性能,在航行中具有很好的舒适性,能够低速精准地靠泊到风力发电机组的基础,防止对基础造成较大冲击,并能够与基础持续接触,能够安全便利地将人员和设备运送到风力发电机组;船舶甲板区应具有存放工具、备品备件等物资的集装箱或风力发电机组运维专用设备的区域,并可以进行脱卸;船舶还应具有运维人员短期住宿生活的条件和优良、舒适的夜泊功能。

    根据国外海上风电的发展,风电运维船主要分为四类:

    (1)普通运维船

    泛指用于海上风电工程或运维的交通艇,典型特征为航速较低(20节以下),普通舵桨推进,耐波性差,靠泊能力差(有效波高1.5米以下)。

    (2)专业运维船

    指用于海上风电工程或运维的专业船舶,典型特征为航速较高(20节以上),全回转推进(喷水或全回转舵桨),耐波性好,靠泊能力强(有效波高1.5米至2.5米),抗风浪强。

    (3)运维母船

    指用于海上风电运维,供人员住宿,存放备件的较大型船舶,典型特征为可提供40人以上的住宿,具备一个月以上自持力,靠泊能力优异(有效波高2.5米以上),具备DP定位及补偿悬梯传送人员功能。

    在国外运维船的发展史上,并非一开始就是这么专业的运维母船。开始采用商船改造,随着需求的提高,针对海上风电运维进行了适应性改造。

    (4)自升式运维船

    指主要用于海上风电运维的大部件更换(齿轮箱、发电机等)的船舶,典型特征为具备一定的起重能力,拥有自升式平台,能适应水深40米以内大多数海域作业,具备DP定位及较长的自持能力。

    风电运维船是海上风电运维的主要装备。国外海上风电运维过程中,专业运维船作为最重要的可达性装备被普遍应用到各海上风电场,由单体船、双体船以及三体船等船型组成。

    国内海上风电刚刚起步,国内运维船处于起步阶段,目前普遍使用的是普通运维船,主要由交通艇和渔船发展而来,近年以来逐渐出现简易功能的双体船。现有的运维船基本可以达到每年200天的出行天数,然而随着离岸距离加大,以及天气更加恶劣的南方区域海上风电的开发,出行天数将会降低。风电运维船专业化必将是未来的趋势。

    根据发改委能源研究所的数据,结合BTM海上运维成本构成来推算,海上风电的运维成本占总成本的20%左右,运维船舶相关的费用又占了运维成本的20%左右。从现阶段的实际情况来看,国内在运维船上的投入是不足的,应进一步加大。然而这一情况正在变化,由于前期使用交通艇无法满足风电场需求,现已经开始建造更好的运维船,不过目前建造的运维船仍难以满足风电场的需求,而后会建造更好的专业运维船,这是一个循序渐进的过程。

    到2020年,按开工建设规模1000万千瓦,累计并网容量500万千瓦,平均单机功率按5MW计算,我国开工建设约有2000台海上风力发电机组,累计并网约有1000台海上风力发电机组。按照每30台机组需要一艘专业运维船,再加上海上风电场开发区域不同和海上风电运维主体不同等因素,海上风电专业运维船的需求会近百艘。海上风电专业运维船也将是一个不可小觑的市场。

    海上风电运维船的配置

    海上风电场运行维护需综合考虑离岸距离、气象海况、机组故障率、维护行为、发电能力、运维经济性等因素来进行运维船的配置。一般来说较大规模的风电场采用船队形式,如交通艇、专业运维船、专业运维母船、救援监护船及其他专用工程船舶。

    运维船配置的一般原则是:天气较好、离岸较近的采用普通运维船,天气复杂、离岸较近的采用先进的专业运维船,天气较好、离岸较远的采用普通运维船或专业运维船和运维母船,天气较复杂、离岸较远的采用专业运维船和运维母船。

    影响运维船参数的环境因素主要包括距离、水深、波高、风况等。一般而言抗风能力超过抗浪能力,所以波高是更关键的因素。国内风电场主要集中在黄海北部、渤海湾、黄海、福建和广东等区域(各区域环境情况见表1、表2)。

    根据环境情况、运维船的航速、运维船环境适应能力等条件、机组数量、机组性能、运维能力等因素建立了一个可利用率的估算模型,通过该模型计算出来的某海上风电场的相关数据(见表3)。从中可以看出,机组单台年故障次数超过5次时采用普通运维船可利用率小于95%;如果采用专业运维船,单台年故障次数为5次时可利用率超过96%,当机组单台年故障次数3次,可利用率可以达到98%。

    海上风电运维船调度

    海上风电机组相对于陆上来说故障率更高,因为它们面临的是一个更加恶劣的环境、更高难度的维护方式等。随着海上风电的发展,海上风电场建设不得不需要转移到离岸更远的地方,更深的水域。由于这一变化,运维成本将会增加,同时面临更远的运输距离,更恶劣的气候条件和更严峻的物流挑战。为降低海上风电场运维成本及提高风电场可利用率,需要合理的规划海上风电场运维工作,针对不同的故障信息,选择最优维护方案。模型的建立需要考虑运维船配置、气候参数、风机具体故障、处理故障需要时长及人数等要素。

    重点考虑气象、运维船模式、机组故障模型、相关费用来制定运维策略,建立模型进行分析,最终计算风场的发电量、故障时间及运维费用等,以综合收益最大来选择合适的运维策略。

    总结和展望

    海上风电运维船作为海上风电运维重要的装备,对我国海上风电的发展具有一定的影响。运维船智能调度是海上风电智能运维的必备条件,高效合理的船队配置和调度技术是降低海上运维成本,提高发电量的关键措施之一。在发展海上风电运维船的过程中,我们应该借鉴国外成熟的经验,同时,还应该根据我国的实际情况来发展适用于特定环境、特定工作模式的海上风电运维船。

    海上风电运维的目标是在全寿命周期内,降低运维成本,降低发电损失,提高风电机组的发电量,从而提高客户收益。海上风电运维与陆上风电运维最大的区别在于可达性差,造成运维难度的加大和运维成本的提升。为了解决海上风电运维的难题,我们需要创新海上风电运维模式,围绕服务调度展开相关工作,从而形成全面的海上风电运维解决方案。

    (曾佑清系重庆海装风电工程技术公司海上运维中心技术总监;闫中杰系盛东如东海上风力发电有限责任公司副总经理)

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责任编辑: 郑亘波 任希佳