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海上風電運行維護問題策略探索
2019-08-14 來源:電力設備管理
 我國海上風能資源豐富,且主要分布常規能源相對匱乏的東南沿海地區,該地區經濟發達、電網架構完善,完全滿足海上風電大規模開發和并網。根據中國"十二五"可再生能源規劃,2015年我國海上風力電裝機500萬千瓦,規劃到2020年海上風電裝機3000萬千瓦。在這個相對陌生的領域,有必要深入分析和探索適合我國海域實際管理和運維的模式,提高海上風力發電機組設備運行和維修水平,降低事故突發率,提高海上風電發電效率和效益。
 
1 海上風電運行和維護特點
 
1.1 相關維護技術標準嚴
 
海上風電開發不同于陸地風電,其對于技術的依賴性相對更高,標準更為嚴苛。雖然我國具有一定的海洋開發基礎,但在海上風電的研究上,仍與世界發達國家存在技術差距,技術經驗相對匱乏。尤其是遠離陸地的條件下,海上氣候條件、水文條件、海水侵蝕、機件運輸、設備安裝、日常管理等各項問題接踵而來,對于海上風電平臺的運行和維護都提出了較高的要求。
 
同時,在海上風電的運行模式與陸地風電存在著明顯的差異性,針對海洋環境如何高效運行成為初期開發與后期運維亟待解決的首要問題。
 
1.2受環境因素干擾明顯
 
海上風電開發有其特殊性,具有廣闊的開發利用空間,同時海上風電機組又具有分布范圍廣、管理層面多、維護難度大等特點。相較于陸地而言,涉及海洋的管理實施難度較大,海洋水文、氣象環境更為復雜,季風、臺風等海洋氣候交替,海水對于風電設備的侵蝕等,加之水上交通與人力限制,大大壓縮海上風電日常維護與管理有效作業時間,遇特殊氣象條件(如大霧、臺風)更會直接影響海上運行與維護工作的開展。
 
1.3 運行維護成本費用高
 
海上風電設備屬于高端制造設備,其部分核心部件開發與生產在我國仍具有局限性,海上風電為獲取更高效益逐步加大機組容量、機身體型,當然也加大后續日常維護難度和維護成本。
 
在維護的過程中,需要運用大量的運輸船舶、起重船舶以及專用工程設備,維護價格居高不下。海洋天氣、環境變化莫測,很多時候甚至出現無功而返的情況。海上風電設備維護效率較低,外加各種不確定因素的影響,導致設備故障率上升。據相關數據顯示,海上風電平臺運行維護費用,相較于陸地風電設備運行維護費用高2~4倍。
 
2 海上風電運行和維護現狀
 
2.1 技術管理經驗缺乏
 
我國在高端制造業方面,在近年來的開發研究中取得了令人矚目的成果,但設備的研發-投放-改進是一個閉環過程,海上風電的后期應用與改進環節,由于立足我國海洋環境的運行維護經驗較為缺乏,暫不足以支撐改進實現很好的閉環。風電行業雖在我國已歷時二十余載,但主要集中于陸地風電,離岸風電受發展時間限制,暫缺乏針對性的應用技術與管理系統,完全依賴傳統管理無法滿足現有需求。在當前的環境中,我國海上風電運行維護管理還處于初級階段,對于運行維護經驗與技術均有所欠缺,急需引進或創新更為切實有效的海上風電運行維護技術。
 
2.2 重開發輕維護
 
一直以來,我國就將新興產業發展作為重要的建設基礎,把“科學技術是第一生產力”作為發展的理念指引,投入大量資金,以產品開發作為重中之重,迅速占領國內外市場,提升國際競爭力。反觀產品后續產業鏈的延伸則略顯滯后,比如海上風電領域,在產品質量與開發技術創新上,都屬于國際領先產水平,而后期海上風電管理、運維技術卻無法及時與前期的先進性保持一致,為此反而增加了后期的管理、維護風險與成本。
 
2.3 過度依賴和受制于市場
 
海上風電開發平臺,技術含量高,核心構造復雜,但得益于各方有效分工合作,使我國海上風電產業迅速規模化發展,改善我國能源問題。但從長遠來看,海上風電行業受技術渠道制約性仍然存在,如運行與維護過程,所涉及的領域繁多,核心技術自主化能力不足,大量的設備仍需依賴于供應商的技術,造成海上風電建設中不確定因素增加,投資風險增大。因此有必要形成有機、全面協調機制,促進自身運行維護能力提升。
 
2.4 運行與維護未有效統一
 
現階段我國能源產業發展符合我國基本國情和政策促進,海上風電產業建設受到廣泛的關注和重視,海上風電已成為新能源行業新寵,在資金投入上不惜一擲千金,部分海域開發成本甚至突破2萬元/kW。前期海上風電建設步伐加快,高端裝備投入動輒數十億元,但其對于后期運行和維護的投入卻屈指可數,運行、維護仍處于傳統陸上風電水平,運維停留于日常維護或事后檢修,缺乏科學性的統籌,未針對海上風電的特殊性,有效統一運行與維護,探索運、維新技能,創新管理模式,提高運維效率,降低設備故障水平。
 
3 海上風電運行維護策略探索
 
3.1 實行運行維護標準化管理
 
3.1.1 安全管理實施標準
 
海上風電運行維護,涉及面廣、內容雜、風險大,在進行作業實施的過程中,安全管理工作內容顯得尤為重要。海上風電作業環境相對惡劣,其不確定或危險系數明顯高于陸上風電。因此,在海上風電運行維護作業中,要充分考慮安全作業因素,確保作業安全。對于所涉及的所有作業專業,要切實抓好安全管理,使用具有相關海上作業資質的工程船舶人員進行施工作業,同時還應做好應急物資儲備,具備工程設備操作、應急搶險等多方面能力。在海上作業開工前,應開展安全教育培訓、應急預案演練、安全設備使用及作業流程規范等,并根據現場實際制定安全操作規程,全方位多角度進行安全隱患排查,形成安全監督管理機制,確保作業過程中設備、人員安全。
 
3.1.2 運維船舶管理標準
 
海上風電作業需要大量依賴于船舶、設備機件,不僅包括前期建設吊裝階段,也包括后續的日常運行與維護。海上風電運維主要依靠船舶及其附屬機件,這也是目前國內海上運維與管理的主要承載工具,在實施過程中海上風電機組分布范圍廣,作業面大,也對船舶及其附屬機件管理的水平提出更高要求,既要保證在有效作業時間內安全返還,也要保證運維質量可靠,不留下檢修隱患。由此,也就要求在作業前,除了履行相關作業簽發、許可和安全交底手續外,應形成有效的運輸管理方案與執行標準,按照運維需要對船舶進行統一管理與調度,做好風險防范與應急處置預案,同時加強人員與船舶臺賬管理,全面記錄船舶、人員、設備的使用情況,做到用有標準、查有依托、防有措施,確保在海上風電維護工作高標準落實。
 
3.1.3 作業流程管控標準
 
海上風電運維作業與陸地作業具有明顯差異,陸地風電設備運維基本能夠充分利用設備、人員快速開展工作,而海上風電則并非如此,其作業難度起點高,設備與人員投入有限,由于海洋環境氣候因素,作業的時間無法有效保證,極有可能出現作業中斷情況,無功而返。因此,進行海上風電運行及維護,應根據作業實際,制定合理化、科學化、標準化的維護作業流程,嚴格實施標準管理,按照所需物料、運輸調度、人員分工、運維步驟等方面的特點,形成有條不紊的維護實施方案,保障突發情況下有序收尾,切實提高海上風電作業流程管控機制,實現維護流程標準化。
 
3.2 確保運行維護后勤保障到位
 
3.2.1 物料儲備充足考慮
 
海上風電運維的特殊性,在海況、環境受制的條件下,確保在有效的作業時間完成既定運維任務,充足物料儲備保障必不可少。海上風電的運維物料儲備需進行科學全面的籌劃,根據裝機容量、機組數量與維護周期,利用大數據管理與分析,提供可靠的量化參考,同時根據日常的維護情況統計,將外界因素影響降到最低,從而制定出行之有效的物料備件管理儲備方案,核對物料備件儲備定額,設定物料備件偏少警戒線,確保在進行運行與維護過程中,物料備件充足卻不會過量儲備,增強風電平臺零部件的合理管控,確保資金的有效利用,減少因過量儲備所造成的不必要損失。
 
3.2.2 運行維護調度精
 
準海上風電的運行與維護工作除執行陸上風電維護的相關標準外,還應考慮海況、水文、交通、氣候等因素,這些都對運行維護調度的精準性提出挑戰。如遭遇特殊情況,則需通過合理調度,進行有效的處理與維護,努力減少不必要的經濟損失。為此,必須建立行之有效的調度管理辦法,及時掌握相應海上風電的氣象、水文資料,研究其相關的規律,并建立數據分析監測,對每個運維項目的作業內容進行事先預習,確保合理的調度,以降低成本消耗與時間浪費,同時也能夠最大程度確保設備與人身安全。
 
3.3 加大運行維護智能化水平
 
3.3.1 綜合信息的智能化
 
隨著信息網絡技術的普及與應用,我國在各領域的智能化水平都在顯著提升,其中也包括海上風電的應用。就目前實際情況而言,我國的海上風電建設開發時間不長,各方面經驗、數據不夠充分,對于智能化管理的水平仍處于發展階段,但卻具有極大的提升和發展空間。要實現海上風電綜合信息的智能化管理,還需要進行各要素的統籌,如風電設備檔案的建立、人員信息管理、設備維護登記信息、氣象監測信息等全要素,通過各子系統的規范與智能構建,以促進海上風電的綜合信息智能化管理水平的提升。同時,還需要根據船舶、備件、人員、設備等資源的有效分配,通過大數據分析,實現綜合性的統籌,以確保運行維護工作高效開展。
 
3.3.2 監控與運行的智能化
 
海上風電處于快速發展階段,各方對于運行與維護的技術探索研究仍在加速進行,就目前的管理現狀來看,對于海上風電的運行與維護監控依然沿用傳統陸上風機的方法手段,針對海上風電的特性仍缺乏行之有效的監控措施。基于此,建立有效的監控與運行智能化平臺十分迫切,雖然我國在海上風電的運行與維護領域缺乏先進的經驗借鑒,以及相關的數據積累,但在長期的探索過程中也形成了相關的技術開發能力,結合綜合信息智能平臺的應用,加強對于設備運行監控則事半功倍。利用監控與運行管理的智能化,能夠讓海上風電平臺的運行數據與控制端形成聯通對接體系,讓管理者能夠全面掌握平臺的運行狀態,對可能出現的問題進行預警與防范,并利用系統進行數據的采集,為后續的智能化平臺研究提供參考。
 
3.3.3 故障診斷與監測智能化
 
海上風電相比陸上風電投資更大,后期如何運行與維護好這些動輒上億的設備設施成為重點考慮的問題。按照傳統運維模式,主要靠人員經驗判斷,有時不夠科學、經濟,甚至可能出現誤判、氣候、交通等方面問題,維護成本高昂且效率不高。對此,急需利用有效的故障輔助系統進行規避。海上風電機組從海纜、基礎、塔筒到機艙,其各個部件緊密相連,一旦重要部件出現故障,將影響整機甚至臨近饋線機組的可靠運行。如開展海上風電基礎結構安全監測,有利于精確掌握其服役狀態,掌握其全壽命期的應力、應變、振動、傾斜、腐蝕、波浪力等的監測數據,并及時進行預警,避免因海上風電基礎失效造成較大經濟損失。如通過海纜智能監測系統實時監測海纜的擾動、溫度、載流量、埋深等運行參數,并基于AIS(AIS系統能實時跟蹤、采集船舶的AIS信號),配合全球定位系統(GPS),實時掌握海纜附近海面的船舶資訊,對可能發現錨害進行跟蹤與預警。如通過智能化的故障診斷與監測系統,則能夠實時顯示風電機組運轉情況,并對故障進行細致的描述,讓管理者能夠快速進行針對性的維護決策,提升緊急搶修、日常維護的效率,減少大量的運行費用與維護難度,從而實現海上風電的智能化管理。
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