中国能源资讯网当陆上风电大开发的浪潮已过，海上风电的优势日益凸显，在海上风电高速发展的今天，我们仍然不能忽略一个严重的事实，海上风电度电成本过高仍然是制约海上风电快速增长的最大因素。度电成本主要影响因素分成建设成本及后期维护成本。如何开展海上风电场后期运行维护工作降低海上风电的度电成本是我们此篇论文的讨论重点。
引言
随着当代能源需求不断增长与生存环境日益恶化这一重要矛盾的不断加剧，可再生能源受到越来越多的世界关注，且其增长幅度最大，速度最快。在各种可再生能源中，风能作为一种无污染、可再生的高效清洁新能源日益受到重视，世界各国都已经在加紧对风能的开发和利用。当陆上风电大开发的浪潮已过，海上风电的优势日益凸显，海上风能资源丰富，并且具有许多陆上风电无可比拟的优势，海上风电开发已经成为全球新能源开发的热点与前沿。但当前海上风电开发却远远落后于陆上。截止至 2017 年底，中国海上风电总装机 2.79GW。近年来中国海上风电容量增长加速，分析其原因，一是海上风电不占用陆地资源，二是海上风电紧邻我国电力负荷中心，消纳前景广阔。
2017 年 1 月，国家发改委下发的《关于调整光伏发电陆上风电标杆上网电价的通知》指出近海风电项目标杆上网电价仍为每千瓦时 0.85 元，潮间带风电项目标杆上网电价为每千瓦时 0.75 元。海上风电标杆上网电价不下调，而陆上风电补贴逐步下滑，趋向平价上网，体现了能源局对海上风电发展的政策扶持。根据国家能源局颁布《风电发展“十三五”规划》，到 2020 年底，我国海上风电并网装机容量达到 5GW 以上，开工容量超过 10GW。
在海上风电高速发展的今天，我们仍然不能忽略一个严重的事实，海上风电度电成本过高仍然是制约海上风电快速增长的最大因素。度电成本主要影响因素分成建设成本及后期维护成本。今天我们浅谈海上风电后期运行维护。
海洋环境恶劣。一方面，海上盐雾。浓度高、湿度大、且时常可能伴有台风、海冰等灾害性天气，非常不利于机械与电气设备的长期运行；另一方面，风机伫立海中，受到海面与海底各种风、涌、浪、流的影响，与陆上大多数系统相比，海上风机运行环境复杂多变、受不可控因素影响显著；最后，海上风机故障处理及时性差，出海时间与海上作业对天气条件有严格要求，不仅耗费时间长，而且海上船只或直升机等交通工具花费的成本也远远高于陆上。海洋环境不仅给海上风机的稳定可靠运行带来巨大挑战，也给风机的快速经济维护造成巨大困难。此外，国内首个大型海上风电场于 2010 年方正式投运。运行年限短、运行数据与经验少，这些进一步为海上风电机组运维造成许多困难。
海上风电机组运维现状
1.1 海上风电机组运行可用率
根据可靠性理论，可用率是设备可用时间与可用时间和不可用时间之和的比值。它反应设备在长期运行中处于正常状态的概率。
可用率是可修复产品重要的可靠性指标之一。在风电行业中，风机可利用率不仅是风电机组招标中的一个重要门槛指标，也是机组质量保证期验收的一个重要标准。根据我国目前暂行的《CNCA/CTS0004—2014 风力发电机组质量保证期验收技术规范》要求：整个风电场机组平均可用率不低 95%，单台机组可用率不低于 90%。
根据现场实际统计换算可得现场风机实际可利用率在 92%-95%之间，风机可利用率低于陆上风电的97%-99%。
1.2 风电机组故障原因
导致风电机组停运的原因很多，主要原因有检修停运、故障停运、保护停运以及电网原因引起的停运四个方面。其中，故障停运与保护停运是造成海上风机停运的主要原因，保护停运发生的频率高，故障停运造成的停机时间长。风机保护停运是由于机组保护阈值触动、控制器报故障停运，通常可以远程恢复。
北方某海上风电场半年故障统计
控制系统是海上风电机组与陆上风电机组中导致高停机频率的主要部件之一约占总故障的 60%。
风电机组各部件的故障频率与其停运时间独立分布。据统计，海上风电机组运行统计中近 95%的停运时间是由变桨、变频、控制系统的原因造成的。此类故障停机时间长，维修难度高也是风机故障停机时间长的原因之一。
海上风电机组维护
2.1 海上风电场运维策略
海上风电场一般采用预防性维护与事后修复相结合的运维策略。预防性维护主要有两种情况：定期检修与状态检修。定期检修是依据事先制定的维护计划进行的风机预防性检查与维护，主要是对风机各部件进行状态检查与功能测试。定期维护保养可以让设备保持最佳的状态，并延长风机的使用寿命。为了提高风电场风资源的利用率，定期维护一般安排在风速较小的情况下实施。、某海上风电场通常采用一年 1 次的定期维护策略。考虑到风电场海域气候的特点，定期维护安排需避开台风期与大风期，通常安排在每年的 8-9 月份。
状态检修是指通过风机状态监测系统提取的相关状态信息，结合在线或离线健康诊断或故障分析系统的结果，而制定的维护策略。在海上风电场运维中，状态检修除了可以一定程度上基于风机各部件的健康状态进行预防性维护，它是海上风机运维最理想的一种方式，需要大量的数据支撑，通过对比方法找到风机存在的细微差别。更多的是可以充分结合海上天气信息、风电场多机组状态信息、故障信息、维护成本、资源损耗与生产效益之间决策出最优平衡点，并由此确定出效率最高的维修方式。
2.2 加强海上风电场状态检修
风电场运行人员的主要职责是监视或调度各种变配电设备、风机运行状况、巡检站内设备和制作报表等。作为对风机运行状态监控的第一人，运行人员需要具备较高的风机专业技能素养。而目前，各个风电场的运行人员素质参差不齐，且有相当一部分非相关专业。而工作也仅仅停留在监视和制作报表上，对风机的状态检修十分不利。
安排具备风机运维较高水平的人员作为运行调度人员，对风机传回来的后台数据进行监控登记，并通过不同的风速、负荷、温度、各系统压力等进行判断分析，以此来发现风机可能存在的问题。运行调度人员要对数据有敏感性，同一运行条件下，若机组后台监控数据存在偏差，就要引起重视。增加运行调度人员对数据的敏感度，有利于对风机状态的实时把控，为状态检修提供依据。
2.3 海上风电运维方式转变
随着科学技术的进步及人员素质的提升，海上风电运维方式应逐步向以状态检修为主、计划检修与状态检修相结合，故障检修为辅转变。
状态检修是以设备状态为基础，根据对风机所显示出来的设备状态，结合巡检数据、历史数据、实时数据等技术，对设备进行状态评估，并以此来指导安排设备检修周期和项目维修问题。特别在海上风电机组的运维上，运维人员根据机组运行数据、各点监测情况，确定设备是否需要检修，检修中需要进行哪些项目，具有很强的针对性，统一安排对多台风机进行状态检修，可大大节约交通成本，提高机组发电效率。
2.4 完善部件的状态监测
风机的发电机、变桨系统等大部件价格昂贵，且更换难度和成本较高。要加强对大部件的运行状况监测，在大部件出现不可弥补的故障之前处理。这时候，风机机组的在线状态监测就尤为重要，员工通过监测发电机、轴承、液压站等机械设备的运行状况，从而判断出这些部件是否存在问题。这时候运维人员便可以实现对风电机组的主动性维护。
海上风电机组运维影响因素分析
3.1 海上风电场运维成本构成及其分布
海上风电运维成本高昂。尤其是随着远海、深海以及超大规模海上风电场的开发与建设，海上风电运维问题将更加突出。海上风电机组运维成本部分的支出与出海维护及修复次数相关，受产品可靠性与运维策略影响较大，属于运维成本中非固定部分。在整个海上风电项目全寿命周期成本之中，风电机组是目前海上风电项目中成本所占比例最高的部分，而海上风电场的运维费用仅次于风电机组，占整个海上风电项目成本的 18%～23%，远高于陆上风电运维费用 12%的比例。
3.2 影响海上风电机组运维成本的因素分析
海上风电机组运维与陆上相比，除了海上环境条件恶劣、风电机组故障率高于陆上之外，最大的差异在于海上风电场的可进入性差。一方面，需要借助专门的设备方可进入。各式运维船、起重船以及直升飞机是目前海上风电机组维护常用的几种交通工具。特殊的交通工具限制了海上维护可操作性、提高了维护成本。另一方面，需要满足一定的天气条件要求方可进入。由于海上风电场的可进入性差，风电场全年可进入的时间有限，导致海上风电场运维对海上维护作业相配套的人员、备件管理等也提出了相应的要求。根据分析，可以将影响海上风电机组运维成本的因素，归纳为以下几个方面：
1、风机及其各部件的故障率。
海上风电机组及其各部件的故障率决定海上风电机组预防性修复与事后修复的次数及修复内容，风机及各部件的可靠性直接决定出海的次数、每次出海所需的相关材料、交通工具以及人员费用等，即直接影响运维成本中的非固定部分。
2、海上天气条件。
从海上风电场的可进入性分析，海上天气条件对风机运维的影响主要表现在：①风速、浪高（及北方地区冬季冰冻情况）对船只等交通工具适航性的影响；②浪高、浪涌对海上风机登陆的约束；③夜晚、雨、雾等影响视觉条件的情况对海上吊装与机舱外作业的限制。
从适航性来说，通常风速 10m/s 以下、浪高 2m以下是大多数海上风电运维船只出航的基本条件。根据资料：某北方海上风电场各季度各月份之间的可进入性存在显著差异，如 2017 年 12 月与 3 月的120 天中该海上风电场有 70 天不适合出航，适航率仅 41%；该风电场可进入性条件最好的时间大致在每年的 5 月—8 月之间，其他月份内发生的风机故障可能会因天气、海况影响有长时间的停运，停运时间可能长达数天之久。
3、运维人员配置与轮班制度。
目前海上风电机组维护并未有相应的标准，积累的经验也较少，而海上风电机组的许多维护工作，尤其是故障检修，具有很强的专业性。因此，目前大部分海上风机的运维主要是由风机厂家的专业运维人员负责解决的。
4、交通工具。
船只或直升飞机是海上风机运维中不可或缺的交通工具。主要用于运维人员、维护工具的运输以及大型、重型设备的海上吊装等。根据国外以往经验，大约每 30 台海上风机就需要 1 艘相关的风机专业运维船只。为了满足海上风机不同部件运维的需要，海上风电场通常配置有不同类型的海上交通工具。考虑不同部件的故障频率、交通工具的不同费用，目前海上风电场大都采用长期配置与短期租赁相结合的方式。如何合理配置不同的海上交通工具也是海上风电场运维需要解决的主要问题，如中国北方某海上风电场所需要的运维船条件还需加上破冰及严寒情况下的航行能力。
5、备件管理。
备件管理是海上风电场运维的三个主要方面之一。海上风电场备件管理的内容通常包含备件内容、数量及备件存储的位置等方面。海上风电机组的可进入性差，而部分部件的交货周期长，充足的备件管理能够配合风电场有限的可进入时间，减少维修延迟，但是充足的备件也代表着风电场固定资产的积压，对于风电场资金流动产生影响。因此，合理的备件管理也是风电场运维需要考虑的问题之一。
某海上风电场运维方式
4.1 某海上风电场运维策略
海上风机维护中需考虑三个随机因素：海上天气因素限制风电场的可进入性；由于天气缘故引起的故障修复中断与延迟；由于运维人员技术限制与备件订货期引起的等待时间。
海上风电机组运行年限短、积累经验少、运维方式不规范、且费用高，使得海上风机运维策略优化成为某海上风电场研究的重点。为了尽量提高风机可利用率、降低故障时间、减少出海次数、提高每次出海的工作效率，以降低运维费用、提高发电效率为目标的状态维修策略成为海上风电机组运维策略研究的热点。
某海上风电场提出以下几点：
1、提高现有运维人员的技能水平、动手能力、理论储备等，将风机作为一个整体，全面考虑风机为什么报故障，报故障都会引起那些方面的影响，报故障的根本原因是什么，如何预防此类故障的再次发生。而不是单纯的更换一个坏件。
2、重视风机所有故障，包括风机可复位故障、停机故障，做到在风速及海况允许条件下，将近期所发生的所有问题仔细分析，考虑全面，保证所带备品备件充足，以免发生船只往返港口与风机之间进行倒送备件情况。
3、通过天气预报及功率预测系统做到事事有规划、在大风来临前对风机进行全面体检，消缺工作。避免风机在大风情况下故障停机。
4、充分利用风机所显示出来的设备状态，结合巡检数据、历史数据、实时数据等技术，对设备进行状态评估，根据季节特点做到预防性工作。
结论与展望
大规模海上风电投运使得海上风电机组运维成为海上风电开发亟待解决的关键问题之一。如何降低维护费用，降低度电成本，提高风机可利用率应该是我们海上风电运维人员不断思考的问题。
