海上風(fēng)電運(yùn)維的策略研究

徐華利

摘? ?要：在總發(fā)電成本中，海上風(fēng)電運(yùn)行維護(hù)成本約占其中的28%～33%，其局限了海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的后續(xù)發(fā)展。實(shí)踐積累作為起步階段風(fēng)電運(yùn)維的主要方式，通過問題的發(fā)現(xiàn)與解決，為其日后穩(wěn)定發(fā)展奠定扎實(shí)的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：海上風(fēng)電? 運(yùn)維成本? 維護(hù)措施

隨著經(jīng)濟(jì)全球化的帶來，可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略理念已經(jīng)無法滿足于當(dāng)下傳統(tǒng)電力行業(yè)，風(fēng)電產(chǎn)業(yè)應(yīng)運(yùn)而生，逐漸取代了傳統(tǒng)電力行業(yè)，占領(lǐng)了電力發(fā)展的主要地位。風(fēng)電產(chǎn)業(yè)主要分為陸地與海洋兩部分，由于陸地風(fēng)電占地面積對(duì)土地面積要求較大，而在當(dāng)前土地資源較為珍貴的前提下開展海上風(fēng)電模式，對(duì)其使用頻率逐年下降。海上風(fēng)電與陸地風(fēng)電的不同在于其污染小且擁有豐富的資源，但就目前而言，其實(shí)際運(yùn)維成本相對(duì)較高，使其發(fā)展受限。

1? 海上風(fēng)電運(yùn)維的特點(diǎn)

運(yùn)行在海上極端惡劣環(huán)境中的海上風(fēng)電機(jī)組，使其設(shè)備故障率逐年增高，在設(shè)備發(fā)生故障后，運(yùn)行維護(hù)成員的安排、相應(yīng)設(shè)備的補(bǔ)充、合理數(shù)量船只等一系列補(bǔ)救措施進(jìn)行海上作業(yè)，除卻昂貴的費(fèi)用外，還受制于海上風(fēng)速、風(fēng)向及浪高等惡劣氣候條件。較差的海上可進(jìn)入性，使其船舶機(jī)組故障停機(jī)后，只能等待合適的天氣才能執(zhí)行海上維護(hù)任務(wù)，使機(jī)組故障停機(jī)時(shí)間被迫延長，進(jìn)而造成極大的發(fā)電損失[1]。這些原因是造成過高海上風(fēng)電運(yùn)行維護(hù)成本的主要原因。因此，想要使海上運(yùn)性維護(hù)成本降低，對(duì)適合海上氣候環(huán)境的風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行考慮與設(shè)計(jì)，使機(jī)組的可靠性得以提升，對(duì)運(yùn)行維護(hù)的措施進(jìn)行優(yōu)化與完善。

2? 海上風(fēng)電作為的難點(diǎn)

（1）自然條件差。制約出海主要是由于臺(tái)風(fēng)、大霧及海浪等原因造成其航行時(shí)間縮短，這一原因使得海上運(yùn)維風(fēng)電管理與陸地風(fēng)電運(yùn)維相同，不合理的出海分布時(shí)間占其總出海作業(yè)的89%以上，因其作業(yè)的年均時(shí)間多集中在4～9月份，總出海時(shí)間約為155d。（2）交通不便。船舶作為海上風(fēng)電作業(yè)的主要交通工具，其特點(diǎn)是機(jī)動(dòng)性差、通勤時(shí)間長，若航行至暗礁或養(yǎng)殖區(qū)等危險(xiǎn)位置，則會(huì)產(chǎn)生一定的安全隱患。終止夜間作業(yè)，縮短海上作業(yè)時(shí)間是避免此類問題出現(xiàn)的唯一辦法。（3）鹽霧腐蝕。海上的特點(diǎn)即是高濕度、高鹽分，容易溶蝕基礎(chǔ)平臺(tái)與相關(guān)設(shè)備，因此，把控設(shè)備防腐等級(jí)，采用防腐設(shè)備，以防腐工作的有效開展為前提，使風(fēng)機(jī)內(nèi)部散熱系統(tǒng)的合理性與標(biāo)準(zhǔn)性得到保證，但會(huì)增加設(shè)備采購及運(yùn)維成本。（4）過多的監(jiān)控設(shè)備。復(fù)雜且惡劣的海上風(fēng)電作業(yè)環(huán)境，使其運(yùn)維成本極大，且逐年增加的設(shè)備維護(hù)難度，使海上運(yùn)維風(fēng)電機(jī)組監(jiān)控和堅(jiān)實(shí)設(shè)備過多。

3? 海上風(fēng)電運(yùn)維的有效措施

3.1 機(jī)會(huì)維護(hù)策略

當(dāng)某一部件發(fā)生故障時(shí)，預(yù)防性維護(hù)機(jī)會(huì)分布給其余部件是機(jī)會(huì)維護(hù)策略的基本，通過對(duì)相應(yīng)維護(hù)條件的情況判斷部件的可執(zhí)行性，進(jìn)而做出與其相關(guān)的決策[2]。機(jī)會(huì)維護(hù)的優(yōu)點(diǎn)在于其能夠統(tǒng)一進(jìn)行多種維護(hù)措施，對(duì)固定維護(hù)的費(fèi)用進(jìn)行分?jǐn)?以“機(jī)會(huì)”對(duì)各個(gè)機(jī)組進(jìn)行聯(lián)系，優(yōu)化風(fēng)電機(jī)組維護(hù)策略。其中目標(biāo)函數(shù)為評(píng)價(jià)費(fèi)用率，優(yōu)化對(duì)象為風(fēng)電關(guān)鍵部件的預(yù)防性維護(hù)數(shù)據(jù)與機(jī)會(huì)數(shù)據(jù)，進(jìn)而搭建機(jī)會(huì)維護(hù)模型。機(jī)會(huì)維護(hù)策略中，以計(jì)劃維護(hù)與事后維護(hù)相結(jié)合為主，通過役齡遞減因子與故障遞增因子的引入，組合機(jī)會(huì)維護(hù)的方法，對(duì)最優(yōu)方案進(jìn)行選擇，但在執(zhí)行前應(yīng)當(dāng)查看其是否滿足其維護(hù)役齡;或者，計(jì)劃維護(hù)與狀態(tài)檢測(cè)相機(jī)和，通過維護(hù)策略的優(yōu)化，對(duì)單臺(tái)風(fēng)機(jī)進(jìn)行優(yōu)化維護(hù)，但缺點(diǎn)在于其不能將其優(yōu)勢(shì)充分發(fā)揮。優(yōu)化與維護(hù)海上風(fēng)電機(jī)組，使機(jī)會(huì)維護(hù)的優(yōu)勢(shì)得以發(fā)揮。機(jī)會(huì)維護(hù)的程表較低，在風(fēng)電機(jī)組部件發(fā)生故障后，通過“區(qū)別對(duì)待”的方式，采用多種方法對(duì)其余損壞部件或正常部件進(jìn)行維護(hù)，并通過不同機(jī)會(huì)維護(hù)閾值對(duì)故障機(jī)組與其他機(jī)組進(jìn)行優(yōu)化維護(hù)策略。維護(hù)固定成本分?jǐn)偸菣C(jī)會(huì)維護(hù)的主要功能，但在維護(hù)時(shí)，需要攜帶較多配件，因此，其對(duì)船舶提出極高的要求，也使得維護(hù)成本提升。就目前而言，機(jī)會(huì)維護(hù)策略僅僅受限于經(jīng)濟(jì)相關(guān)方面，如果忽略其維護(hù)的相關(guān)性與隨機(jī)性，其是一項(xiàng)較為完美的海上風(fēng)電運(yùn)維措施。

3.2 預(yù)防維護(hù)策略

在相關(guān)部件發(fā)生故障前對(duì)其進(jìn)行維護(hù)是預(yù)防性維護(hù)的基本特點(diǎn)，保證風(fēng)電機(jī)組能夠維持正常運(yùn)行狀態(tài)[3]。調(diào)整、檢查、定期拆修等是預(yù)防性維護(hù)的內(nèi)容，而計(jì)劃維護(hù)與視情維護(hù)是預(yù)防維護(hù)下的兩個(gè)部分。（1）計(jì)劃維護(hù)策略。認(rèn)識(shí)風(fēng)電設(shè)設(shè)備的規(guī)律，無論處在何種狀態(tài)的設(shè)備，在對(duì)其進(jìn)行維護(hù)時(shí)應(yīng)按照預(yù)先規(guī)定的時(shí)間進(jìn)行，半年、1年、5年都是計(jì)劃維護(hù)中常用周期。優(yōu)化研究作為計(jì)劃維護(hù)策略中的一部分，其主要對(duì)計(jì)劃維護(hù)周期進(jìn)行優(yōu)化，如果選擇不恰當(dāng)?shù)挠?jì)劃維護(hù)周期則容易出現(xiàn)維護(hù)不足或過度維護(hù)的情況出現(xiàn)，從而出現(xiàn)維護(hù)成本過高，或維護(hù)可靠性夠低的情況出現(xiàn)。對(duì)風(fēng)電老化過程進(jìn)行構(gòu)建，模擬老化故障、隨機(jī)故障，創(chuàng)設(shè)關(guān)于計(jì)劃維護(hù)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖時(shí)應(yīng)當(dāng)以風(fēng)電機(jī)組的可靠性模型為基礎(chǔ)，在評(píng)價(jià)指標(biāo)中以可用度為前提，對(duì)計(jì)劃維護(hù)的時(shí)間間隔進(jìn)行優(yōu)化。計(jì)及齒輪箱的更換成本與故障后成本在成本函數(shù)中需要提前對(duì)齒輪箱計(jì)劃維護(hù)時(shí)間間隔進(jìn)行優(yōu)化，進(jìn)而降低系統(tǒng)單位時(shí)間內(nèi)的維護(hù)成本。出于對(duì)完全維護(hù)的考慮，即便修復(fù)如新，對(duì)計(jì)劃維護(hù)采用優(yōu)化的周期間隔，但在時(shí)間中，不斷增加的計(jì)劃維護(hù)次數(shù)，使設(shè)備的故障率也在不斷增加，因此，在計(jì)劃維護(hù)時(shí)采用周期維護(hù)的方式，會(huì)發(fā)生過度維護(hù)或維護(hù)不足的情況。（2）視情維護(hù)策略。在運(yùn)性設(shè)備中對(duì)數(shù)據(jù)采集裝置進(jìn)行安裝是視情維護(hù)策略的主要表現(xiàn)方式，其根據(jù)船舶的實(shí)際運(yùn)行情況對(duì)其做出相關(guān)安排與維護(hù)。雖然計(jì)劃維護(hù)在理論中是設(shè)備故障安排維護(hù)的主要策略，但在實(shí)際情況中，在惡劣環(huán)境中運(yùn)行的海上風(fēng)電機(jī)組，由于風(fēng)速、海浪過大、過激的情況使設(shè)備加速惡化，因此，保守的計(jì)劃維護(hù)措施是不夠的。根據(jù)對(duì)海上風(fēng)電廠的運(yùn)性周期成本進(jìn)行分析，并將僅使用計(jì)劃維護(hù)策略與僅采用事情維護(hù)策略的相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)可靠性對(duì)比發(fā)現(xiàn)，視情維護(hù)成本低與計(jì)劃維護(hù)成本，但安全性、可靠性高于計(jì)劃維護(hù)成本。但其中存在最為主要的問題則是狀態(tài)監(jiān)測(cè)設(shè)備的成本極高，但卻并非適用于所有部件中。海上風(fēng)電機(jī)組作為復(fù)雜性的多部件運(yùn)行系統(tǒng)，在工作中多發(fā)生混合性故障，單一故障的出現(xiàn)率較低，但當(dāng)前較少有混合性故障的針對(duì)性研究。在實(shí)際情況中，具體運(yùn)行維護(hù)測(cè)試的制定受混合故障診斷技術(shù)的影響，因此，在對(duì)海上風(fēng)電運(yùn)行維護(hù)中，通過統(tǒng)一維修的方式對(duì)具有相關(guān)故障的部件進(jìn)行維護(hù)，不僅能夠分?jǐn)偣潭ňS護(hù)的費(fèi)用，還是短期內(nèi)多發(fā)故障的可能性得以降低。

4? 結(jié)語

在海上風(fēng)電運(yùn)維中其主要特點(diǎn)則是極易受天氣影響，過于惡劣的環(huán)境使其可進(jìn)入性差，而這個(gè)特點(diǎn)無疑提高了海生風(fēng)電機(jī)組的順利運(yùn)行與維護(hù)的苦難程度。近年來，穩(wěn)步發(fā)展的海上風(fēng)電規(guī)模，使風(fēng)電機(jī)組的趨勢(shì)逐步向大容量并網(wǎng)靠近，通過有效的運(yùn)維管理，使其可靠性與安全性得以提升，進(jìn)而成為新能源建設(shè)中的重點(diǎn)。有效施行臺(tái)賬、計(jì)劃及安全等管理措施，并予以防臺(tái)預(yù)控模式，使海上風(fēng)電運(yùn)維始終保持穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。

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