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中国海上风电运维困境何解

来源:能源杂志   更新时间:2019-04-18 14:17:58    
中国海上风电运维困境何解

  2018年,我国海上风电新增装机约180万千瓦,同比增长50%,累计装机达到460万千瓦,装机少于英国、德国,位列全球第三。目前还有多个海上风电项目在开工建设,到2020年建设及建成项目超过800万千瓦。《风电发展“十三五”规划》中“开发建设1000万千瓦、建成500万千瓦”的目标可以较好地实现。

  目前,我国海上风电开发正处于由近海到远海、由浅水到深水、由起步到规模化开发的关键阶段,海上运维能力已得到大幅提升。随着海上风电数量的增加,同时在“竞价上网”的背景下,海上运维仍遇到不少困难。

  现状与困难

  国内海上风电项目运行周期大多为25年,运维的主要模式为:前5年由整机厂商提供质保服务,出保后20年风场开发商会请新的服务商提供运维服务,运维服务商包括整机厂商、专业运维公司、开发商工程团队等。

  海上风电整体运行维护成本较高,是陆上风电的2倍以上,这一方面是海上风电特殊环境影响(如高盐雾高湿度对设备的影响,天气因素对维修窗口期的影响),另一方面也受到机组可靠性尚未充分验证、运维团队专业性还需提升、远程故障诊断和预警能力还不健全等因素影响。

  从运行业绩来看,国内部分海上机组还没有经过充分的验证。由于项目经验较少,海上风电机组在产品设计和制造阶段对全生命周期成本、特殊海洋环境条件(如涂层和防腐)的适应性设计等方面因素考虑不足,同时海上风机样机也缺少长时间运行的验证,在风场投入运行后故障较多,增加了运维成本。

  当前海上项目施工及运维,缺乏有效的、具备可操作性的规范。开发商、施工单位、设计院、整机厂商等都按照各自的理解进行项目施工运维,造成接口不清晰、行为不一致,给项目的后续运维增加了难度。同时,海上运维人员缺乏有效的技能培训和海上标准文件指导,导致其专业素质和管理能力欠缺,机组维修周期过长造成发电量损失,影响项目发电收益。

  此外,大部件更换成本巨大。无论是在海上风电相对成熟的欧洲,还是快速发展的中国,因为大部件供应链可靠性低,甚至整机设计的缺陷,导致大部件需要在海上进行更换。除了大部件本身的成本外,还要考虑大型吊装船施工手续及费用、海上运输费用、养殖户补偿,以及天气窗口因素等,甚至长时间停机造成的发电量损失等,都增加了海上风电的运营成本。

  当前,海上风机的维护模式仍以定期维护和故障检修的“被动式运维”为主。虽然开发商、整机厂商以及部分关键部件生产商都逐步开始建立故障诊断和远程预警能力,但受限于海上风机运行数据积累、经验知识库的匮乏等原因,当前体系和水平尚不足以支撑海上运维成本的大幅降低。

  管理经验及应对措施

  基于以上的现实困境,可以从以下方面来提升海上风电的运维能力,从而降低海上风电项目运维成本。

  1、选用经过实践验证的海上机组

  很多新推出的海上产品,在并网前两年不会有问题,但随后在很多细节上,比如涂层、防腐、大部件可靠性等问题上逐渐暴露;经过长期运行验证过的海上机组才能具有高可靠性。

  2、整机厂商应建立全面的质量管理体系

  需建立供应链质量管理体系、运维质量管理体系以及整机设计、生产、制造等质量管理体系。在风场发现的问题,要通过成熟可靠的管理体系,进行彻底的根本原因分析,从源头和设计上进行解决,并实现产品的快速迭代更新。

  3、设立运维作业标准

  通过总结海上运维实践经验,建立一整套行业统一的海上运维作业标准和规范,对海上项目施工及运维作业的安全(如出海作业人员资质、培训要求,海上人员交通船的资质准入、硬件配置、出海条件等)、技术(如验收规范、海上防腐、电气防护)、质量要求进行统一规定。

  4、系统培训运维团队

  建设具备成熟的海上EHS规范以及运维技能培训的海上风电培训中心,为海上开发商、整机厂商及零部件供应商、安装公司、监理、第三方运维公司等所有海上运维人员提供培训,带动中国整个海上风电运维能力的提升和改进。同时,在每一个海上项目实施前,开发商、监理、安装公司全体作业人员应接受至少3轮的安装、调试、运维的作业技术交底及技能、安全培训。

  5、推广“一站式”大部件更换服务

  通过状态监测的振动预警系统,对关键部件早期故障进行预警;开展大部件故障空中维修、更换工艺的研发,降低运维成本;整合安全、船舶、工艺技术、工装工具、物料、人员等要素,提供一站式大部件更换服务,增加发电收入,降低运维周期。

  6、依托数据中心建设现场故障预警诊断能力,实现智慧运维

  通过多数据源的风电运维大数据的采集、分析和计算(包括SCADA 数据、风功率预测数据、状态监测数据、预防性试验数据,以及历史维护记录、异常运行记录、故障检修记录、缺陷记录等非结构化数据),实现专家知识库的积累和工单推送,实现各类故障预警、智能诊断和寿命预测等功能,指导运维人员进行标准化作业,也方便运维相关方对整个风场的运行业绩进行有效评估,优化运维策略。

  未来趋势

  随着我国海上风电建设规模的增加,海上运维市场也将不断增长,运维能力、运维规模、运维模式都会有很大的增长,运维成本也将逐步降低,为海上风电“平价上网”发挥重要的作用。

  海上风电行业将会愈加关注全生命周期整体解决方案。除了关注质保期内的风机运维,整机厂商和开发商也越来越重视海上风电全生命周期的运维解决方案。从欧洲的发展趋势看,整机厂商与开发商签订“5+N”的长期运维协议,即将5年质保期后的运维继续交由整机厂商,保证风场运行稳定和发电效率。

  同时,海上风电场达到设计使用寿命后,一般有三种选择方案:一是更换部分设备进行寿命延长从而继续发电;二是风场设施全部更换,用新的单机容量更大的机组替换旧的设施;三是完全退役。未来行业将从项目的规模和类型、离岸距离、风资源、法规政策、电价、运营成本、盈利能力评估以及原有基础设施可以重复使用的程度等因素综合考虑判断何种方案。

  深远海运维模式和装备能力提升将是下一阶段发展重点。海上风电将向更远、更深的海域发展,将有更多的深远海运维模式和装备出现,以实现运维效率的最大化。如基于“服务作业母船(SOV)”的深远海运维方案,实现50~60名运维工程师长时间同时在海上进行作业、住宿、生活,并且提供移动仓储服务,确保工具、物料满足运维需求。

  同时,未来会有更多的专业化、智能化海上运维装备研制推出,从而实现海上运维的降本增效。如空中维修更换大部件的工装工具、水下检测机器人、无人机智能巡检、波浪补偿栈桥、海上换油装备等。

  海上风电运维市场将是由整机厂商、风场开发商自有运维公司、专业运维公司共同参与。质量、技术、供应链因素和海上风机集群式规模效应(依托苏闽粤形成“供应链-制造-运维”三类基地协同),将使得整机厂商在海上运维领域优势凸显。

  长远来看,未来海上风电运维将仍以整机厂商为主;但开发商成立专门的运维公司(或者与整机厂商合资运营),也会占据一定的市场份额。专业运维公司运维凭借在某一专项技术细分领域的优势,将是未来海上运维生态圈的重要补充。

  未来,海上风电行业将从粗放型向精益化运维方式的转变。海上运维因出海窗口期的原因,存在人员工时浪费、停机时间过长等情形。精益化管理的核心在于通过对运维现状的有效分析减少各种形式的浪费,确定有效的运维流程,使运维管理标准化。同时,通过智慧运维管理平台,形成故障预警、智能诊断、运维策略优化、解决方案和备件库存控制的“一站式”运维服务,实现效益增值。(文 | 金孝龙 周卫星)

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