海上風電機組運行維護現狀與展望

　　1、項目背景
　　
　　至2010年上海東海大橋海上風電場并網運行以來，我國目前已建成的海上風電機組容量超過1GW。然而，這遠遠未達到“十二五”規劃中5GW的目標。其中，海上風電機組運行可靠性低、維護成本高是限制海上風電大規模開發的主要原因之一。海洋惡劣的環境不僅給海上風機的穩定可靠運行帶來巨大挑戰，也給風機的快速經濟維護造成巨大困難。第一，海上鹽霧濃度高、濕度大，非常不利于機械與電氣設備的長期運行;第二，海上風機運行環境復雜多變、受非定常載荷影響顯著;第三，海上風機可及性差，海上作業耗費時間長、造成的停機損失大，且維護成本也遠遠高于陸上;最后，海上風電大規模開發至今不足10年時間、運行數據與經驗少。海上風電機組的運維已經成為海上風電發展面臨的一個極具現實意義又十分迫切的問題。
　　
　　2、論文所解決的問題及意義
　　
　　本文結合現有的海上風電場運行資料與上海東海大橋海上風電場實際運行情況，圍繞海上風電運維最關注的RAM (Reliability，Availability and Maintenance)問題概述了當前海上風電機組的運維情況，總結了影響海上風機運維成本的相關因素，并在此基礎上對當前海上風電機組運維存在的問題與發展方向進行了綜述與展望，為進一步的研究工作奠定基礎。
　　
　　3、論文重點內容
　　
　　綜合國內外許多企業與研究機構在海上風電機組運維數據的統計結果，海上風電機組運行與維護現狀如下：
　　
　　1)可用率方面。風電機組的可用率評估體系中有多種可用率計算方法。其中，海上風電機組的使用可用率水平在不同的時間段內有較大的波動，并且通常低于技術可用率水平，而技術可用率數據則相對穩定;目前海上風電機組技術可用率水平可以達到90%及以上，部分可以達到95%以上。
　　
　　2)可靠性方面。海上風電機組中近50%的停運時間是由齒輪箱的原因造成的;控制系統則是導致海上風電機組高停機頻率的主要部件之一。海上風電機組較為理想的年均故障率為0.5次/(風機?年)，而目前還遠遠達不到這個水平。
　　
　　3)運維成本方面：海上風電項目的年運維費用約為46000美元/(MW?年)，約為陸上年運維費用的2.7倍。海上風電度電成本約為陸上的1.3~1.7倍。
　　
　　4)影響運維成本的主要因素：風機及其各部件的可靠性、海上天氣條件、運維人員配置與輪班制度、交通工具、備件管理等。
　　
　　4、結論
　　
　　自2010年以來，海上風電運維研究受到學術圈的廣泛關注，但是目前海上風電運維研究仍處于起步階段，尚有許多問題亟需解決：
　　
　　1) 海上風機狀態監測與健康診斷。海上風機的狀態監測，在狀態監測系統基礎上建立的健康診斷、異常監測以及壽命預測是后續進行合理運維的基礎。但是與風電機組狀態監測與健康診斷相關的技術卻還很不成熟。
　　
　　2) 海上風機運維策略優化研究。海上風電機組運行積累經驗少、運維方式不規范、且費用高。為了降低運維費用、提高發電效率，如何科學合理安排海上風電機組的維護策略，盡量減少出海次數、提高每次出海的工作效率是海上風電機組運維需要解決的關鍵問題。
　　
　　3) 海上風電場運維后勤管理優化研究。海上風電場可及性差，風電場全年可進入的時間有限，導致海上風電場運維對海上風電場運維中的人員、備件、以及交通工具等維護資源管理提出了相應的要求。但是，一方面，目前大多數研究主要集中于單項運維資源優化，缺乏結論性意見;另一方面，還未有結合風電機組的可靠性數據與運維策略的綜合性研究成果。
　　
　　4) 海上風機容錯運行研究。在當前海上風機故障幾乎無可避免的條件下，開發海上風電機組的容錯運行能力具有顯著的經濟價值，但海上風電機組故障容錯控制的實際可行性、運行效果及可持續時間等都有待進一步研究。
　　
　　5) 海上風電場多機組多部件系統研究。目前關于風電機組運維的研究大部分仍是基于單機單部件系統或單機多部件系統進行的，一方面，缺乏對風電機組多部件之間故障相關性、結構相關性及功能相關性的進一步分析;另一方面，海上風電場可進入性差的特點與維修資源不足兩者疊加對機組可靠性及運維策略的影響也缺乏研究。