海上风电场的运维模式与技术

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　　【摘  要】风力发电对于气候变化、环境保护、能源轉型等方面表现出巨大的作用，现如今，海上风电场的发展越来越快，尽管我国海上风电场的起步落后于其他国家，但我国未来风力发电不容小觑。本文主要分析目前海上风电场的运维现状，探究现阶段的运维模式和运维技术，为未来海上发电厂的发展方向提供参考依据。
　　【关键词】海上风电场;运维模式;运维技术
　　海上风电场是在水深近30-50米的位置建设的近海风电场，与陆上风电场相比，海上风电场不占用土地资源，也不受地形地貌的影响，海上的风能可利用率较高，海上风电机组最大单机容量已达到7兆瓦，海上机组年平均可利用小时数约3500小时。因此海上风电具有风能资源丰富、对环境的负面影响小、易于规模化开发等优势。我国的海上风能资源丰富，而且主要分布在经济发达、电网结构较强的东南沿海地区，根据我国“十二五”可再生能源规划，计划到2020年海上风电装机3000万千瓦，尤其是在未来五年，我国的海上风电将进入快速发展阶段。
　　一、目前海上风电场的运维现状
　　尽管目前我国海上风电装机的容量越来越大，但是其具有运维难度较大，费用较高等特点，导致海上风电的费用高于陆上风电的费用，这严重降低了海上风电场的收益。由于海洋环境的影响，使得海上风电场的运维现状不太理想，主要有以下几点。
　　（一）运维费用高
　　对海上风电场进行运维作业时，需要租赁或购买专业维护船，而市场上大部件维护的船舶较少，使用时还需排队，直升机运维目前成本非常高还暂不能普及，因此，需要消耗大量的资金，各种零部件的运输和吊装成本远远高于陆上风电场。除此之外，海上风电场的运维工作受海上环境的影响，机组故障容易受天气和潮水的影响，不能及时进行机组处理，造成一定的电量损失，导致海上风电场维护的成本高于陆上风电场的3倍以上。因此，寻找科学合理、切实可行的运维模式成为目前海上风电场开发和维护中需要研究的重点问题。
　　（二）机组出故障率高
　　目前我国的海上风电场基本上分布在东南沿海地区，尽管海上风电场的风速较大，年利用小时较高，然而运维作业时受环境影响明显，经常受到团雾、台风、海浪、雷雨天气等恶劣的自然天气所影响，严重降低风电场中风电机组的使用寿命，机组出故障率高。另外，一般海上风电场距海岸20千米以上，距离较远，不利于日常巡视检查，所以，海上风电场机组出故障率显著高于陆上风电场机组。根据调查统计，海上风电机组的年平均可利用率为80%左右，而陆上风电场的年平均可利用率高达98%。
　　（三）机组可达性差
　　现阶段大多数海上风电场设置在海洋气候与大陆气候交叉的区域，这些区域的环境变化明显，海浪较多，而且这些恶劣的环境导致海上运输船和直升机等不能作业，当海浪较高、风速超过规定风速范围内时，运维人员受环境所影响不能及时出海对设备进行维护。海上风电设备进行维护作业具有随机性，根据环境的变化而决定是否展开维护，每年进行维护的时间较短，据不完全统计，现阶段每年对海上风电场中设备进行维护的时间仅有200天左右。
　　二、海上风电场的运维模式
　　对海上风电场进行维护是为了保证机组能够正常运行，因此，研究海上风电的运维模式对保证风电场经济性与可靠性至关重要。现目前对海上风电场的维护模式分为三种，分别是以发生问题运维模式、计划运维模式以及状态运维模式，具体分析如下。
　　（一）已发生问题运维模式
　　已发生问题运维模式是在海上风电场设备出现故障之后，相关运维人员进行海上进行运维的模式，由于海上自然条件的限制，其故障发生具有随机性和不确定性，而且交通运输不便利，运维人员难以进入海上进行维护。当海上天气情况较为恶劣，维护人员就难以靠近风电设备进行维修，假如不能在出现故障的第一时间展开维护，就会导致风电设备停机的时间较长，损失巨大的电量。
　　（二）计划运维模式
　　计划运维模式是在熟练掌握风电设备的出故障规律和特点的基础上，不管设备处于什么状态，都可以按照事先规定的时间对其进行维护的一种模式。计划运维模式主要分为日常巡查、特殊巡查和检修三种方式。日常巡查主要是对海上风电机组设备、海上升压站设备、风电场恻风装置、风电场高压配电线路的巡查，是日常的基础设施的检查。特殊巡查是在台风、暴雨等恶劣天气，海上风电机组、升压站设备无法正常运转，以及展开事后运维和添加新设备后进行的巡查，考虑天气的计划运维模式能够显著降低运维成本，对其进行定检定修，即定期进行检查，一旦发生问题要及时的进行处理，同时还要定期进行检修维护即便没有大故障也要进行检修维护，避免因为一个小小的问题而引发大问题，因此，计划运维模式是目前海上风电场进行维护最经济可行的模式，同时也是目前海上风电场所采用的最主要的运维模式。
　　（三）状态运维模式
　　状态运维模式属于一种预防性维护，在海上风电场的设备中安装各种传感器，对设备的运行状态和数据进行收集和反馈，对设备的状态进行评估，判断其是否正常运转，假如出现故障并判断出故障的发生位置，明确对设备维护的时间和维护内容。状态运维模式是对设备的检测过程中产生的各类信息进行分析和判断，能够及时的发现故障，确定故障所在位置，并且快速制定切实可行的维护计划。同时还可以预测海上风电设备剩余寿命，对机组设备进行寿命预测，提前安排设备的维护方案和预防性更换，充分调动现有的维护资源，避免一些设备寿命到期而造成不必要的损失。状态运维模式能够在最大程度上保证海上风电场设备的正常使用，减少不必要的维护，减少浪费的停机时间，有效的降低维护产生的成本。
　　三、海上风电场的运维技术
　　（一）海上风电机组设备状态检测技术
　　（1）震动检测技术
　　振动检测技术是分析设备各个部件的震动频率和振动特点，对根据频率和特点的标准，得出设备各个部件的振动传达的信息，进而对设备的故障进行定位和判断。 　　（2）油液监测技术
　　油液监测技术是通过分析被监测机器的在用润滑油和液压油的性能变化和携带的磨损微粒的情况，获得机器的润滑和磨损状态的信息，评价机器的工况和预测故障，并确定故障原因、类型和零件的技术。随着科学技术的不断发展，油液检测技术也朝着集成化、智能化、在线化方面发展，帮助海上风电场预测故障并判断故障发生的位置。
　　（3）视频监测技术
　　现阶段海上风电场主要将视频检测技术中的图像智能识别比对技术应用于一些大部件上，比如海上风电设备的变桨轴承、变桨机构、叶片、发电机等部位，利用视频检测技术，对这些部位进行实时动态监控，一旦出现异常，能够通过视频直观的找到异常发生的位置，进而安排人员进行维修，提高检查和维修的效率。
　　（二）互联网运维技术
　　随着计算机网络技术的不断发展，物理网、大数据以及人工智能等技術趋于成熟，并广泛应用于各个领域，在海上风电场中应用这些技术，成为未来海上风电场的发展趋势。利用大数据和人工智能技术能够对风电设备的状态进行分析，判断其故障发生的原因和地点，为整个风电设备进行综合分析，能够提前预警。同时，还有故障预警、状态监测、机组亚健康等管理手段，以及无人机、各种智能维修机器人等智能设备也被广泛应用于故障管理和巡查队伍中，避免人工维护产生的安全问题，还能够提高巡查的质量和效果，减少运维人员的工作量，但是这些先进机器的使用受自然环境的限制。将智能诊断和自动维护技术应用于海上风电场的运维中，将会成为未来研究的一个方面。
　　总结
　　总而言之，海上风电场中的运维问题日益凸显出来，运维模式和技术就显得尤为重要，只有对其展开深入研究才能促进我国海上风电场的可持续发展，开创一条符合我国国情和海上风电场发展之路，为我国经济社会的发展提供巨大的效益，带领我国海上风电向着智能化发展。
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　　（作者单位：北京金风科创风电设备有限公司）
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