[造船]上風電市場在我國是新興市場,真正成規模開發是從2015年開始的
作者:管理員    發布于:2017-06-05 20:41:00    文字:【】【】【
我國海岸線長,海上風資源豐富,海上風電又具有占地面積少,開發規模大,發電利用小時數高等特點,加上陸上風電又面臨困境,以及國家政策利好,海上風電將成為我國新能源發展的重要途徑。隨之而來的海上風電運維過程中我們會遇到許多問題,運維船就是其中一個。本文主要介紹了海上風電運維船的分類及其發展趨勢、海上風電運維船的配置原則以及海上風電運維船的調度。

文丨曾佑清  閆中杰


海上運維現狀不盡如人意

2016年全球海上風電新增裝機近2200MW,累計裝機容量近14300MW,全球90%以上的海上風電在歐洲。2016年德國和荷蘭分列新增裝機容量第一和第二,2016年中國海上風電新增裝機容量592MW,排名第三,累計裝機容量1627MW。

歐洲持續引領海上風電市場,海上風電的平均單機功率逐漸增大,海上風電場的平均水深也在增加。盡管歐洲目前處于領先地位,但中國的海上風電也在逐步發展,2016年12月,國家發改委印發《可再生能源發展“十三五”規劃》,提出加快推進已開工海上風電項目建設進度,積極推動后續海上風電項目開工建設,鼓勵沿海各省區市和主要開發企業建設海上風電示范項目,帶動海上風電產業化進程。

同時,國家能源局出臺的《風電發展“十三五”規劃》也提出,要積極穩妥地推進海上風電建設,到2020年,全國海上風電開工建設規模達到1000萬千瓦,力爭累計并網容量達到500萬千瓦以上。我國海上風電發展趨勢是穩中求進。在未來幾年,隨著海上風電技術的不斷進步,海上風電開發成本會進一步降低,我國海上風電可能會取得更快的發展。

海上風電市場在我國是新興市場,真正成規模開發是從2015年開始的。隨之而來的海上風電運維市場也是欣欣向榮。然而海上風電運維有著一些特點和難點,主要包括:

  • 閃電等惡劣海洋環境影響,機組容易出現故障
  • 受風浪影響,運維人員難以到達機組,故障待修時間長,發電損失大
  • 缺乏專業裝備,運維效率低,安全風險大
  • 海上維修困難,尤其是大部件更換
  • 智能化低,預防維護少
  • 缺乏運維管理經驗
  • 海洋氣象監測不精確

由于一切都在起步階段,海上運維的現狀不盡如人意,在我國某離岸較近的海上風電場,機組可利用率遠低于陸上風電場的可利用率,隨著在建和未來的海上風電場離岸距離的增加,如果采用現有運維模式,采用現有運維船,將導致機組可利用率難以達標,嚴重影響發電收益。
歐洲的海上風電已經大規模開展,提高海上風電運維能力成為降低停機損失,提高發電量的重要保障措施。風電運維港口和運維船構成了海上風電運維的主要設施和裝備。

專業運維船市場不可小覷

海上風電運維船是用于海上風力發電機組運行維護的專用船舶。該船舶在波浪中應具有良好的運動性能,在航行中具有很好的舒適性,能夠低速精準的靠泊到風力發電機組的基礎,防止對基礎造成較大沖擊,并能夠與基礎持續接觸,能夠安全便利地將人員和設備運送到風力發電機組;船舶甲板區應具有存放工具、備品備件等物資的集裝箱或風力發電機組運維專用設備的區域,并可以進行脫卸;船舶還應具有運維人員短期住宿生活的條件和優良、舒適的夜泊功能。

根據國外海上風電的發展,風電運維船主要分為四類:

(1)普通運維船

泛指用于海上風電工程或運維的交通艇,典型特征為航速較低(20節以下),普通舵槳推進,耐波性差,靠泊能力差(有效波高1.5米以下)

(2)專業運維船

指用于海上風電工程或運維的專業船舶,典型特征為航速較高(20節以上),全回轉推進(噴水或全回轉舵槳),耐波性好,靠泊能力強(有效波高1.5米至2.5米),抗風浪強。

(3)運維母船

指用于海上風電運維,供人員住宿,存放備件的較大型船舶,典型特征為:可提供40人以上的住宿,具備一個月以上自持力,靠泊能力優異(有效波高2.5米以上),具備DP定位及補償懸梯傳送人員功能。

在國外運維船的發展史上,并非一開始就是這么專業的運維母船。開始采用商船改造,隨著需求的提高,針對海上風電運維進行了適應性改造。

(4)自升式運維船

指主要用于海上風電運維的大部件更換(齒輪箱、發電機等)的船舶。典型特征為:具備一定的起重能力,擁有自升式平臺,能適應水深40米以內大多數海域作業,具備DP定位及較長的自持能力。

風電運維船是海上風電運維的主要裝備。國外海上風電運維過程中,專業運維船作為最重要的可達性裝備被普遍應用到各海上風電場,由單體船、雙體船以及三體船等船型組成。

國內海上風電剛剛起步,國內運維船處于起步階段,目前使用的是普通運維船,主要由交通艇和漁船發展而來,近年以來逐漸出現簡易功能的雙體船。現有的運維船基本可以達到每年200天的出行天數,然而隨著離岸距離加大,以及天氣更加惡劣的南方區域海上風電的開發,出行天數將會降低。風電運維船專業化必將是未來的趨勢。

根據發改委能源研究院的數據,結合BTM海上運維成本構成來推算,海上風電的運維成本占總成本的20%左右,運維船舶相關的費用又占了運維成本的20%左右。從現階段的實際情況來看,國內在運維船上的投入是不足的,應進一步加大。然而這個情況正在變化,由于前期使用交通艇無法滿足風電場需求,現已經開始建造更好的運維船,可是目前建造的運維船仍難以滿足風電場的需求,而后會建造更好的專業運維船,這是一個循序漸進的過程

到2020年,按開工建設規模1000萬千瓦,累計并網容量500萬千瓦,平均單機功率按5MW計算,我國開工建設規模約有2000臺海上風力發電機組,累計并網約有1000臺海上風力發電機組。按照每30臺機組需要一艘專業運維船,再加上海上風電場開發區域不同和海上風電運維主體不同等因素,海上風電專業運維船的需求會近百艘。海上風電專業運維船也將是一個不可小覷的市場。

運維成本隨運輸距離增加

海上風電場運行維護需綜合考慮離岸距離、氣象海況、機組故障率,維護行為、發電能力、運維經濟性等因素來進行運維船的配置。一般來說較大規模的風電場采用船隊形式,包括不同形式的船舶,如交通艇、專業運維船、專業運維母船、救援監護船及其他專用工程船舶。

運維船配置的一般原則是:天氣較好、離岸較近的采用普通運維船,天氣復雜、離岸較近的采用先進的專業運維船,天氣較好、離岸較遠的采用普通運維船或專業運維船和運維母船,天氣較復雜、離岸較遠的采用專業運維船和運維母船。

影響運維船主要參數的環境因素主要包括,距離,水深,波高,風況等等。一般而言抗風能力超過抗浪能力,所以波高是更關鍵的因素。國內風電場主要集中在黃海北部,渤海灣,黃海,福建和廣東等區域。各區域環境情況(見表1、表2)。


風電場距離 km
水深 m
平均風速 m/s
波高m
特殊天氣 D
黃海北部 
10~30
10~30
6.5~7.5
1.3~3.5
90
黃海 
5~60
0.5~25
7~7.7
1.6~4.4
73.5  
福建 
5~30
3~30
8~10
1.0~4.5
134
廣東 
5~30
3~30
7~8
1.0~4.4  
130  
表1:各區域環境概況

風速m/s
黃海北部%
黃海(江蘇)%
福建%
廣東%
1
0.5
2
2.0
1.2
2
6
4
2.8
3.2
3
10.5
7
4.6
5.4
4
11
8.5
5.9
7.4
5
11.4
10.5
6.7
9.6
6
11
11.5
6.1
11.9
7
9.9
12.5
7.0
14.6
8
9
10.5
7.4
12.6
9
7.5
9
8.3
12.4
10
6.5
7
8.9
8.5
11
5
5.5
8.1
5.6
12
3.5
4.5
7.4
3.4
13
3
3
6.7
1.8
14
2.2
2
5.4
1.2
15及以上
3
2.5
12.8
1.3
表2:各區域風頻分布

我們根據環境情況、運維船的航速、運維船環境適應能力等條件、機組數量、機組性能、運維能力等因素建立了一個可利用率的估算模型,通過該模型計算出來的某海上風電場的相關數據(見表3)。
單臺年故障次數
專業運維船
普通運維船
3
98.16
97.44
4
97.43
96.42
5
96.61
95.28
6
95.59
93.86
7
94.37
92.15
8
93.11
90.4
9
91.74
88.49
10
90.05
86.13
11
88.15
83.48
12
86.48
81.17
表3:某海上風電場模型計算數據

從表3可以看出,機組單臺年故障次數超過5次時采用普通運維船可利用率小于95%;如果采用專業運維船,單臺年故障次數為5次時可利用率超過96%,當機組單臺年故障次數3次,可利用率可以達到98%。

海上風電機組相對于陸上來說故障率更高,因為它們面臨的是一個更加惡劣的環境、更高難度的維護方式等。隨著海上風電的發展,海上風電場建設不得不需要轉移到離岸更遠的地方,更深的水域。由于這個變化,運維成本將會增加,同時面臨更遠的運輸距離,更惡劣的氣候條件和更嚴峻的物流挑戰。為降低海上風電場運維成本及提高風電場可利用率,需要合理的規劃海上風電場運維工作,針對不同的故障信息,選擇最優維護方案。模型的建立需要考慮運維船配置、氣候參數、風機具體故障、處理故障需要時長及人數等要素。圖1是一個非常典型海上風電運維船配置和調度的模型。



圖1:海上風電運維船配置和調度的模型

重點考慮氣象、運維船模式、機組故障模型、相關費用來制定運維策略,建立模型進行分析,最終計算風場的發電量、故障時間及運維費用等,以綜合收益最大來選擇合適的運維策略。

創新海上風電運維模式

海上風電運維船作為海上風電運維重要的裝備,它對我國海上風電的發展具有一定的影響。運維船智能調度是海上風電智能運維的必備條件,高效合理的船隊配置和調度技術是降低海上運維成本,提高發電量的關鍵措施之一。在發展我們的海上風電運維船的過程中,我們應該借鑒國外成熟的經驗,同時,我們還應該根據我國的實際情況來發展適用于特定環境、特定工作模式的海上風電運維船。

海上風電運維的目標是在全壽命周期內,降低運維成本,降低發電損失,提高風電機組的發電量,從而提高客戶收益。海上風電運維與陸上風電運維最大的區別在于可達性差,造成的運維難度的加大和運維成本的提升。為了解決海上風電運維的難題,我們需要創新海上風電運維模式,圍繞服務調度展開相關工作,從而形成全面的海上風電運維解決方案。

(曾佑清系重慶還裝風電工程技術公司海上運維中心技術總監;閆中杰系盛東如東海上風力發電有限責任公司副總經理)
當前位置
圖片
相關新聞
自定內容
中彩网开奖