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海上风电运维服务探索之运维船

我国海岸线长，海上风资源丰富，海上风电又具有占地面积少，开发规模大，发电利用小时数高等特点，加上陆上风电又面临困境，以及国家政策利好，海上风电将成为我国新能源发展的重要途径。随之而来的海上风电运维过程中我们会遇到许多问题，运维船就是其中一个。本文主要介绍了海上风电运维船的分类及其发展趋势、海上风电运维船的配置原则以及海上风电运维船的调度。

海上运维现状不尽如人意

2016年全球海上风电新增装机近2200MW，累计装机容量近14300MW，全球90%以上的海上风电在欧洲。2016年德国和荷兰分列新增装机容量第一和第二，2016年中国海上风电新增装机容量592MW，排名第三，累计装机容量1627MW。

欧洲持续引领海上风电市场，海上风电的平均单机功率逐渐增大，海上风电场的平均水深也在增加。尽管欧洲目前处于领先地位，但中国的海上风电也在逐步发展，2016年12月，国家发改委印发《可再生能源发展“十三五”规划》，提出加快推进已开工海上风电项目建设进度，积极推动后续海上风电项目开工建设，鼓励沿海各省区市和主要开发企业建设海上风电示范项目，带动海上风电产业化进程。

同时，国家能源局出台的《风电发展“十三五”规划》也提出，要积极稳妥地推进海上风电建设，到2020年，全国海上风电开工建设规模达到1000万千瓦，力争累计并容量达到500万千瓦以上。我国海上风电发展趋势是稳中求进。在未来几年，随着海上风电技术的不断进步，海上风电开发成本会进一步降低，我国海上风电可能会取得更快的发展。

海上风电市场在我国是新兴市场，真正成规模开发是从2015年开始的。随之而来的海上风电运维市场也是欣欣向荣。然而海上风电运维有着一些特点和难点，主要包括：

˙闪电等恶劣海洋环境影响，机组容易出Tm约为175℃现故障

˙受风浪影响，运维人员难以到达机组，故障待修时间长，发电损失大

˙缺乏专业装备，运维效率低，安全风险大

˙海上维修困难，尤其是大部件更换

˙智能化低，预防维护少

˙缺乏运维管理经验

海洋气象监测不精确

由于一切都在起步阶段，海上运维的现状不尽如人意，在我国某离岸较近的海上风电场，机组可利用率远低于陆上风电场的可利用率，随着在建和未来的海上风电场离岸距离的增加，如果采用现比如表面粗糙有运维模式，采用现有运维船，将导致机组可利用率难以达标，严重影响发电收益。

欧洲的海上风电已经大规模开展，提高海上风电运维能力成为降低停机损失，提高发电量的重要保障措施。风电运维港口和运维船构成了海上风电运维的主要设施和装备。

专业运维船市场不可小觑

海上风电运维船是用于海上风力发电机组运行维护的专用船舶。该船舶在波浪中应具有良好的运动性能，在航行中具有很好的舒适性，能够低速精准的靠泊到风力发电机组的基础，防止对基础造成较大冲击，并能够与基础持续接触，能够安全便利地将人员和设备运送到风力发电机组;船舶甲豆类饮品板区应具有存放工具、备品备件等物资的集装箱或风力发电机组运维专用设备的区域，并可以进行脱卸;船舶还应具有运维人员短期住宿生活的条件和优良、舒适的夜泊功能。

根据国外海上风电的发展，风电运维船主要分为四类：

(1)普通运维船

泛指用于海上风电工程或运北镇维的交通艇，典型特征为航速较低(20节以下)，普通舵桨推进，耐波性差，靠泊能力差(有效波高1.5米以下)

(2)专业运维船

指用于海上风电工程或运维的专业船舶，典型特征为航速较高(20节以上)，全回转推进(喷水或全回转舵桨)，耐波性好，靠泊能力强(有效波高1.5米至2.5米)，抗风浪强。

(3)运维母船

指用于海上风电运维，供人员住宿，存放备件的较大型船舶，典型特征为：可提供40人以上的住宿，具备一个月以上自持力，靠泊能力优异(有效波高2.5米以上)，具备DP定位及补偿悬梯传送人员功能。

在国外运维船的发展史上，并非一开始就是这么专业的运维母船。开始采用商船改造，随着需求的提高，针对海上风电运维进行了适应性改造。

(4)自升式运维船

指主要用于海上风电运维的大部件更换(齿轮箱、发电机等)的船舶。典型特征为：具备一定的起重能力，拥有自升式平台，能适应水深40米以内大多数海域作业，具备DP定位及较长的自持能力。

风电运维船是海上风电运维的主要装备。国外海上风电运维过程中，专业运维船作为最重要的可达性装备被普遍应用到各海上风电场，由单体船、双体船以及三体船等船型组成。

国内海上风电刚刚起步，国内运维船处于起步阶段，目前使用的是普通运维船，主要由交通艇和渔船发展而来，近年以来逐渐出现简易功能的双体船。现有的运维船基本可以达到每年200天的出行天数，然而随着离岸距离加大，以及天气更加恶劣的南方区域海上风电的开发，出行天数将会降低。风电运维船专业化必将是未来的趋势。

根据发改委能源研究院的数据，结合BTM海上运维成本构成来推算，海上风电的运维成本占总成本的20%左右，运维船舶相关的费用又占了运维成本的20%左右。从现阶段的实际情况来看，国内在运维船上的投入是不足的，应进一步加大。然而这个情况正在变化，由于前期使用交通艇无法满足风电场需求，现已经开始建造更好的运维船，可是目前建造的运维船仍难以满足风电场的需求，而后会建造更好的专业运维船，这是一个循序渐进的过程。

到2020年，按开工建设规模1000万千瓦，累计并容挂钟量500万千瓦，平均单机功率按5MW计算，我国开工建设规模约有2000台海上风力发电机组，累计并约有1000台海上风力发电机组。按照每30台机组需要一艘专业运维船，再加上海上风电场开发区域不同和海上风电运维主体不同等因素，海上风电专业运维船的需求会近百艘。海上风电专业运维船也将是一个不可小觑的市场。

运维成本随运输距离增加

海上风电场运行维护需综合考虑离岸距离、气象海况、机组故障率，维护行为、发电能力、运维经济性等因素来进行运维船的配置。一般来说较大规模的风电场采用船队形式，包括不同形式的船舶，如交通艇、专业运维船、专业运维母船、救援监护船及其他专用工程船舶。

运维船配置的一般原则是：天气较好、离岸较近的采用普通运维船，天气复杂、离岸较近的采用先进的专业运维船，天气较好、离岸较远的采用普通运维船或专业运维船和运维母船，天气较复杂、离岸较远的采用专业运维船和运维母船。

影响运维船主要参数的环境因素主要包括，距离，水深，波高，风况等等。一般而言抗风能力超过抗浪能力，所以波高是更关键的因素。国内风电场主要集中在黄海北部，渤海湾，黄海，福建和广东等区域。各区域环境情况(见表1、表2)。

表1：各区域环境概况

表2：各区域风频分布

我们根据环境情况、运维船的航速、运维船环境适应能力等条件、机组数量、机组性能、运维能力等因素建立了一个可利用率的皮具加工估算模型，通过该模型计算出来的某海上风电场的相关数据(见表3)。

表3：某海上风电场模型计算数据

从表3可以看出，机组单台年故障次数超过5次时采用普通运维船可利用率小于95%;如果采用专业运维船，单台年故障次数为5次时可利用率超过96%，当机组单台年故障次数3次，可利用率可以达到98%。

海上风电机组相对于陆上来说故障率更高，因为它公司凭仗不断提升自主研发能力们面临的是一个更加恶劣的环境、更高难度的维护方式等。随着海上风电的发展，海上风电场建设不得不需要转移到离岸更远的地方，更深的水域。由于这个变化，运维成本将会增加，同时面临更远的运输距离，更恶劣的但是在汽车塑料、航天塑料、生物医药塑料和电子元件用塑料等方面的利用也愈来愈广泛气候条件和更严峻的物流挑战。为降低海上风电场运维成本及提高风电场可利用率，需要合理的规划海上风电场运维工作，针对不同的故障信息，选择最优维护方案。模型的建立需要考虑运维船配置、气候参数、风机具体故障、处理故障需要时长及人数等要素。图1是一个非常典型海上风电运维船配置和调度的模型。

图1：海上风电运维船配置和调度的模型

重点考虑气象、运维船模式、机组故障模型、相关费用来制定运维策略，建立模型进行分析，最终计算风场的发电量、故障时间及运维费用等，以综合收益最大来选择合适的运维策略。

创新海上风电运维模式

海上风电运维船作为海上风电运维重要的装备，它对我国海上风电的发展具有一定的影响。运维船智能调度是海上风电智能运维的必备条件，高效合理的船队配置和调度技术是降低海上运维成本，提高发电量的关键措施之一。在发展我们的海上风电运维船的过程中，我们应该借鉴国外成熟的经验，同时，我们还应该根据我国的实际情况来发展适用于特定环境、特定工作模式的海上风电运维船。

海上风电运维的目标是在全寿命周期内，降低运维成本，降低发电损失，提高风电机组的发电量，从而提高客户收益。海上风电运维与陆上风电运维最大的区别在于可达性差，造成的运维难度的加大和运维成本的提升。为了解决海上风电运维的难题，我们需要创新海上风电运维模式，围绕服务调度展开相关工作，从而形成全面的海上风电运维解决方案。