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海上风电机组运行维护现状与展望

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供稿:中国工控网 2016/9/8 11:24:05

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  1、项目背景:

至2010年上海东海大桥海上风电场并网运行以来,我国目前已建成的海上风电机组容量超过1GW。然而,这远远未达到“十二五”规划中5GW的目标。其中,海上风电机组运行可靠性低、维护成本高是限制海上风电大规模开发的主要原因之一。海洋恶劣的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。第一,海上盐雾浓度高、湿度大,非常不利于机械与电气设备的长期运行;第二,海上风机运行环境复杂多变、受非定常载荷影响显著;第三,海上风机可及性差,海上作业耗费时间长、造成的停机损失大,且维护成本也远远高于陆上;最后,海上风电大规模开发至今不足10年时间、运行数据与经验少。海上风电机组的运维已经成为海上风电发展面临的一个极具现实意义又十分迫切的问题。

  2、论文所解决的问题及意义

  本文结合现有的海上风电场运行资料与上海东海大桥海上风电场实际运行情况,围绕海上风电运维最关注的RAM (Reliability,Availability and Maintenance)问题概述了当前海上风电机组的运维情况,总结了影响海上风机运维成本的相关因素,并在此基础上对当前海上风电机组运维存在的问题与发展方向进行了综述与展望,为进一步的研究工作奠定基础。

  3、论文重点内容

  综合国内外许多企业与研究机构在海上风电机组运维数据的统计结果,海上风电机组运行与维护现状如下:

  1)可用率方面。风电机组的可用率评估体系中有多种可用率计算方法。其中,海上风电机组的使用可用率水平在不同的时间段内有较大的波动,并且通常低于技术可用率水平,而技术可用率数据则相对稳定;目前海上风电机组技术可用率水平可以达到90%及以上,部分可以达到95%以上。

  2)可靠性方面。海上风电机组中近50%的停运时间是由齿轮箱的原因造成的;控制系统则是导致海上风电机组高停机频率的主要部件之一。海上风电机组较为理想的年均故障率为0.5次/(风机?年),而目前还远远达不到这个水平。

  3)运维成本方面:海上风电项目的年运维费用约为46000美元/(MW?年),约为陆上年运维费用的2.7倍。海上风电度电成本约为陆上的1.3~1.7倍。

  4)影响运维成本的主要因素:风机及其各部件的可靠性、海上天气条件、运维人员配置与轮班制度、交通工具、备件管理等。

  4、结论

  自2010年以来,海上风电运维研究受到学术圈的广泛关注,但是目前海上风电运维研究仍处于起步阶段,尚有许多问题亟需解决:

  1) 海上风机状态监测与健康诊断。海上风机的状态监测,在状态监测系统基础上建立的健康诊断、异常监测以及寿命预测是后续进行合理运维的基础。但是与风电机组状态监测与健康诊断相关的技术却还很不成熟。

  2) 海上风机运维策略优化研究。海上风电机组运行积累经验少、运维方式不规范、且费用高。为了降低运维费用、提高发电效率,如何科学合理安排海上风电机组的维护策略,尽量减少出海次数、提高每次出海的工作效率是海上风电机组运维需要解决的关键问题。

  3) 海上风电场运维后勤管理优化研究。海上风电场可及性差,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风电场运维中的人员、备件、以及交通工具等维护资源管理提出了相应的要求。但是,一方面,目前大多数研究主要集中于单项运维资源优化,缺乏结论性意见;另一方面,还未有结合风电机组的可靠性数据与运维策略的综合性研究成果。

  4) 海上风机容错运行研究。在当前海上风机故障几乎无可避免的条件下,开发海上风电机组的容错运行能力具有显著的经济价值,但海上风电机组故障容错控制的实际可行性、运行效果及可持续时间等都有待进一步研究。

  5) 海上风电场多机组多部件系统研究。目前关于风电机组运维的研究大部分仍是基于单机单部件系统或单机多部件系统进行的,一方面,缺乏对风电机组多部件之间故障相关性、结构相关性及功能相关性的进一步分析;另一方面,海上风电场可进入性差的特点与维修资源不足两者叠加对机组可靠性及运维策略的影响也缺乏研究。

 

审核编辑(郑益文)
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