至2010年上海東海大橋海上風(fēng)電場并網(wǎng)運行以來，我國目前已建成的海上風(fēng)電機組容量超過1GW。然而，這遠遠未達到“十二五”規(guī)劃中5GW的目標(biāo)。其中，海上風(fēng)電機組運行可靠性低、維護成本高是限制海上風(fēng)電大規(guī)模開發(fā)的主要原因之一。
1、項目背景
至2010年上海東海大橋海上風(fēng)電場并網(wǎng)運行以來，我國目前已建成的海上風(fēng)電機組容量超過1GW。然而，這遠遠未達到“十二五”規(guī)劃中5GW的目標(biāo)。其中，海上風(fēng)電機組運行可靠性低、維護成本高是限制海上風(fēng)電大規(guī)模開發(fā)的主要原因之一。海洋惡劣的環(huán)境不僅給海上風(fēng)機的穩(wěn)定可靠運行帶來巨大挑戰(zhàn)，也給風(fēng)機的快速經(jīng)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(shè)備的長期運行;第二，海上風(fēng)機運行環(huán)境復(fù)雜多變、受非定常載荷影響顯著;第三，海上風(fēng)機可及性差，海上作業(yè)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(fēng)電大規(guī)模開發(fā)至今不足10年時間、運行數(shù)據(jù)與經(jīng)驗少。海上風(fēng)電機組的運維已經(jīng)成為海上風(fēng)電發(fā)展面臨的一個極具現(xiàn)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(jié)合現(xiàn)有的海上風(fēng)電場運行資料與上海東海大橋海上風(fēng)電場實際運行情況，圍繞海上風(fēng)電運維最關(guān)注的RAM (Reliability，Availability and Maintenance)問題概述了當(dāng)前海上風(fēng)電機組的運維情況，總結(jié)了影響海上風(fēng)機運維成本的相關(guān)因素，并在此基礎(chǔ)上對當(dāng)前海上風(fēng)電機組運維存在的問題與發(fā)展方向進行了綜述與展望，為進一步的研究工作奠定基礎(chǔ)。
3、論文重點內(nèi)容
綜合國內(nèi)外許多企業(yè)與研究機構(gòu)在海上風(fēng)電機組運維數(shù)據(jù)的統(tǒng)計結(jié)果，海上風(fēng)電機組運行與維護現(xiàn)狀如下：
1)可用率方面。風(fēng)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(fēng)電機組的使用可用率水平在不同的時間段內(nèi)有較大的波動，并且通常低于技術(shù)可用率水平，而技術(shù)可用率數(shù)據(jù)則相對穩(wěn)定;目前海上風(fēng)電機組技術(shù)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(fēng)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(tǒng)則是導(dǎo)致海上風(fēng)電機組高停機頻率的主要部件之一。海上風(fēng)電機組較為理想的年均故障率為0.5次/(風(fēng)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(fēng)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(fēng)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(fēng)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(jié)論
自2010年以來，海上風(fēng)電運維研究受到學(xué)術(shù)圈的廣泛關(guān)注，但是目前海上風(fēng)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(fēng)機狀態(tài)監(jiān)測與健康診斷。海上風(fēng)機的狀態(tài)監(jiān)測，在狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)基礎(chǔ)上建立的健康診斷、異常監(jiān)測以及壽命預(yù)測是后續(xù)進行合理運維的基礎(chǔ)。但是與風(fēng)電機組狀態(tài)監(jiān)測與健康診斷相關(guān)的技術(shù)卻還很不成熟。
2) 海上風(fēng)機運維策略優(yōu)化研究。海上風(fēng)電機組運行積累經(jīng)驗少、運維方式不規(guī)范、且費用高。為了降低運維費用、提高發(fā)電效率，如何科學(xué)合理安排海上風(fēng)電機組的維護策略，盡量減少出海次數(shù)、提高每次出海的工作效率是海上風(fēng)電機組運維需要解決的關(guān)鍵問題。
3) 海上風(fēng)電場運維后勤管理優(yōu)化研究。海上風(fēng)電場可及性差，風(fēng)電場全年可進入的時間有限，導(dǎo)致海上風(fēng)電場運維對海上風(fēng)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(yīng)的要求。但是，一方面，目前大多數(shù)研究主要集中于單項運維資源優(yōu)化，缺乏結(jié)論性意見;另一方面，還未有結(jié)合風(fēng)電機組的可靠性數(shù)據(jù)與運維策略的綜合性研究成果。
4) 海上風(fēng)機容錯運行研究。在當(dāng)前海上風(fēng)機故障幾乎無可避免的條件下，開發(fā)海上風(fēng)電機組的容錯運行能力具有顯著的經(jīng)濟價值，但海上風(fēng)電機組故障容錯控制的實際可行性、運行效果及可持續(xù)時間等都有待進一步研究。
5) 海上風(fēng)電場多機組多部件系統(tǒng)研究。目前關(guān)于風(fēng)電機組運維的研究大部分仍是基于單機單部件系統(tǒng)或單機多部件系統(tǒng)進行的，一方面，缺乏對風(fēng)電機組多部件之間故障相關(guān)性、結(jié)構(gòu)相關(guān)性及功能相關(guān)性的進一步分析;另一方面，海上風(fēng)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。
