海上风电项目运行维护管理成本因素分析

王晓蒙

【摘  要】笔者通过对我国国家示范项目、上海市重点项目 —上海东海大桥100MW海上风电示范项目在投运并网四年时间中运维实际经验的总结，对影响运维管理成本的因素：自然环节、可及性、机组和备件等方面进行分析探讨。

【关键词】海上风电运维成本因素

要做好海上风电运行维护工作，必须要在借鉴陆上风电场运行经验，但是，海上风电场与陆上风电场的不同点，而这些差异点将明显影响运维成本：

1、从自然因素分析，陆上与海上的风能资源 海上风能资源较陆上大，同高度风速海上一般比陆上大20%，发电量高70%，而且海上少有静风期，风电机组利用效率较高。目前，海上风电机组的平均单机容量在3兆瓦左右，最大已达6兆瓦，风电机组年利用小时数一般在3000小时以上，有的高达4000小时左右。海水表面粗糙度低，海平面摩擦力小，因而风切变即风速随高度的变化小，不需要很高的塔架，可降低风电机组成本。海上风的湍流强度低，海面与海上的空气温差比陆地表面与陆上的空气温差小，特别是在白天的时候，且没有复杂地形对气流的影响，因此作用在风电机组上的疲劳负荷减少，可延长其使用寿命。陆上风电机组一般设计寿命为20年，海上风电机组设计寿命可达25年，这将使运维成本在海上项目中在项目全寿命周期中占有更大的比例。

2、运行和维修技术难度较大，可及性差造成的高成本：海上风电场需要考虑风和波浪的双重载荷，海上风电机组必须牢固地固定在海底，其支撑结构（主要包括塔架、基础和连接等）要求更加坚固;海上气候环境恶劣，天气、海浪、潮汐等因素复杂多变，风电机组的吊装、项目建设施工以及运行维护难度更大;所发电能需要铺设海底电线输送，建设和维护工作需要使用专业船只和设备，所以海上风电的建设成本较高，一般是陆上风电的2—3倍。其中，风机基础投资大约为陆上的10倍。陆地风电场的基础基本不用维护，而海上风电场由于受力（托举力等），海水的严重腐蚀，必须定期进行安全风险和资金投入较大的潜水作业。

为了应对偶尔发生的、齿轮箱、发电机或其他的大型部件的整体更换，必需一艘起重船及拖船、运输船等配套船只。但这些船只对于仅以运行、维护、检修为目标的工作而言成本过于高昂，而难点主要在于必须确保当机组发生故障时，天气、潮汐等自然因素符合船只的试航、风机停靠的要求，而且所需的起重机驳船又能状态良好。机组停运期间就相当于发电收入的减少，不能及时获得相应运维费用大幅上升将会导致成本上扬。

3、受大自然环境的不确定因素影响远大于陆上风电，天气、海况等因素严重制约了运行维护人员的可到达性（可实施检查、维护的最基本条件）。对于运行维护的困难极端的状态包括运维人员在塔筒内工作完毕，由于气候或海洋条件发生变化，接送运维人员的船只无法靠泊（为避免船只受海浪、涌流影响，对风机靠泊平台、基础、防撞设施造成破坏，运输船只往往在人员离船后，及时驶离风机），造成人员无法返回大陆，塔筒内部必须储备足够的食物和水，并且要在食物、水在保质期内及时更换、补充。

4、降低安全风险，用最低的事故率、最小的损失达到最佳安全投资效益。具体措施包括：安全预评估、并网安全评估、HSE评估、项目整体风险评估（HAZID）、通航安全评估（海上项目）、海缆风险评估（海上项目）、风险分析、火灾风险评估、RCA事故根源分析。

5、机组的可靠性是难以控制成本的方面。由于有些海上风电的爆炸式发展，有些机组组装之后经过足够的台架、现场试验、验证。除了这个因素，即使成熟的现有的海上风电机组已经发生过多次故障，齿轮箱被公认为风电机组故障的主要源头，其次是发电机。这些机组大部分是基于岸上机组的设计制造，仅根据海上的气候环境稍做修改，因此未必是最适用于海洋环境的风力发电机组型式。这部分不是运行、维护预算成本中最主要的一部分，而是风电机组中各类零部件产生的小问题导致经常需要维修人员去现场进行维护保养所累计的维护成本。机组的初始保质期过后，像齿轮箱这样的大型零部件不会经常出故障，但那些小型的机械或电气元件则不断的有小毛小病产生。因为电流开路或者开关跳闸等导致电场停工的小问题，都需要配备船只、船员、技术人员，对陆上的维护人员而言都是麻烦事。

6、在役检验，做好备品备件、海上运行维护设备船只的建议，确保保持最好状态，避免不合格品流入下道工序，减少质量隐患，包括，产品质量问题评估，质量问题修复检验，无损检测、尺寸检验、应力分布磁记忆法检测、防腐及防护层检验，风机各系统性能测试及调试，原材料理化性能试验，型式试验与出厂试验等一系列措施。海上风电场运行和维护的成本对于整个产能成本具有重要影响，因此要求在风电场规划、运行的各个阶段做到对这些成本的可靠评估。

海上风力发电机组的供应链，与飞机维护、修理和检修那样的产业 供应链相比，成熟度相去甚远，零部件和相关材料未必能确保准时送货。风电场的运营商们试图在岸上库存足够的零部件以备替换之需，目前这在研究相应的管理方案，拟最终实现机组原始设备制造商们按照定价合约提供所有的支持方案，使预算成本更合理化。就Douglas-Westwood公司所指出的，目前三年内欧洲的电力项目（一些推动海上风能发展的地区）集中于海上风电能的供应链建设。其目的在于弥合各地区间的差距，促进未来的相互合作。尽管这个由欧洲区域发展基金出资的项目主要关注于风电场建设，但一个健康的供应链将使整个运维工作受惠。同时，督促工厂按照计划生产和发货，调查和分析可能导致延迟的环节，分析供应商运输和供货计划等，将会对供应链建设产生积极地推进。

7、在线监测和运维计划缺乏必要的经验和可靠的参考。由于海上风电机组型号、参数和生产厂家的多样性和不确定性，造成在线监测和运维计划制订的困难性，由于制造、施工、运营等各方面都缺乏必要的技术支撑和可预见能力，往往会造成运维的规章制度和流程在实际使用在发生较大的变动，从而由于这种不确定的变动造成成本的不可控和超支。

8、海上风电运维的苛刻条件和高昂成本，要求高素质的运维人员，因此，必须做好人员的培训工作，并积极引进外脑（咨询等）风电产业链质量技术培训，制造厂质量、技术、咨询与培训，风电场运营安全培训，制造厂关键工艺完善和管理咨询培训，QHSE咨询，风机选型咨询，风电场微观选址咨询等，基础设计咨询等。

9、建立海上协调体系，确保海上风电场海事安全、设备、人员健康安全确保航行安全，确保海上工作人员的健康安全在职責，海上风电场全过程的船只管控，业主对风电场的实际控制，做好记录/回放——每个细节必须做好记录。

总结

随着上海东海大桥海上风电（二期）工程预计总装机容量达10万千瓦级的新风电场的建设竣工，在一期项目在积累的运行维护经验将进一步受到检验，并为我国未来的海上风电场运行维护提供更多的经验和借鉴，切实落实国家为日益严重的解决能源紧缺和环境污染而设立的示范性项目的责任。

（作者单位：国电电力山西新能源开发有限公司）