本文根據(jù)海上的環(huán)境特點，結(jié)合福建某海上項目三年來的運維經(jīng)驗，介紹海上風力發(fā)電機組的海上運維作業(yè)需要重點關注風險防控、計劃、“三防”處理、抗臺運維、備品備件及易耗品。

作者：湘電風能有限公司海上風力發(fā)電技術及檢測國家重點實驗室 尚振龍陽雪兵田湘龍全慧瓊

引言

風能是可再生能源中發(fā)展最快的清潔能源，也是最具有大規(guī)模開發(fā)和商業(yè)化發(fā)展前景的可再生能源。隨著不可再生資源的匱乏以及環(huán)境污染破壞的加劇，風能作為一種清潔性高、可持續(xù)性強、資源豐富的可再生資源已日益受到世界各國的關注和研究[1]。截至2016年末，全球累計風電容量達到487GW[2]。國家發(fā)改委可再生能源發(fā)展“十三五”規(guī)劃，到2020年底，全國風電并網(wǎng)裝機確保達到2.1億千瓦以上。同時，在可再生能源發(fā)展“十三五”規(guī)劃中，要求積極穩(wěn)妥推進海上風電開發(fā)。規(guī)劃指出，到2020年，海上風電開工建設1000萬千瓦，確保建成500萬千瓦[3]。由此可見，海上風電發(fā)展越來越受重視，發(fā)展速度也越來越快。

對于海上風力發(fā)電機組來說，投資開發(fā)商關注的不僅僅是機組本身的成本、功率等特點，更關注機組的可靠性和運維成本。對比陸上機組而言，由于海上機組所處環(huán)境不同，海上機組設計也會有所區(qū)別，其運維重點也會不同。本文將結(jié)合福建某5MW機組風場的運維經(jīng)驗，介紹海上風力發(fā)電機組運維所需注意特點。

01

海上環(huán)境特點

1.1危險性高

眾所周知，海上環(huán)境惡劣，運維人員在海上作業(yè)遭遇危險的可能性更高。從碼頭到運維船上，從運維船到達機組，乃至在機組進行工作，除了在陸上環(huán)境可能遇到的風險外，運維人員還可能會遇到墜海、臺風、搖晃等海上特有風險。海上運維作業(yè)遇到風險后，其處理難度和危害程度都比陸上事故要大。

1.2 作業(yè)窗口期短

陸上機組安裝于陸地，通過車輛可以直接到達，除非遇到大雪、泥石流等極端情況，否則不會出現(xiàn)無法到達機組的情況。而海上機組則不一樣，它的可達性有比較多的受限，當浪高超過1.5米或者有臺風的時候，一般運維船無法出港，此時機組就不能及時得到維護。而且，浪高超過1.5米或臺風情況的出現(xiàn)相對來說還是比較頻繁的，可以說海上作業(yè)窗口期比較緊張。

1.3環(huán)境條件惡劣

在中國領海區(qū)域，海上風力發(fā)電機的海洋環(huán)境氣候條件具有氣溫月均最高35.8℃，月均最低-8.8℃以及極端氣溫日最高為40攝氏度，日最低-30℃的特點。月均相對濕度為65.9%~88.2%，鹽霧日平均沉降率為8.2~33.1mg/(m2·d)[4]。海洋環(huán)境溫度高、濕度大、腐蝕性強，這需要機組具有較強的絕緣性能、耐腐蝕性能和抗老化性能，也需要維護時，要額外關注這些問題。

1.4 災害性天氣頻發(fā)

我國災害性天氣氣候包括：臺風、雨澇、雷電、干旱、高溫、沙塵暴、寒潮、大風、低溫冷害、雪災、冰雹、霜凍、霧、霾、酸雨等[5]。這些災害性天氣中，對海上風力發(fā)電機組影響最大的是臺風。在中國臺風網(wǎng)可以查知，2018年共有29個臺風信息，其中登陸我國的臺風有11個，且大部分集中在東南沿海的省份進行登陸，時間集中在6-9月份。其中2018年7月的臺風“瑪利亞”在我國福建連江登陸時，最大風速達到48m/s（10分鐘平均）;2018年9月的強臺風“山竹”在我國廣東陽江登陸時，最大風速也達到了48m/s（10分鐘平均）。這些說明臺風對海上風力發(fā)電機組的破壞是常見的，也是巨大的。海上風力發(fā)電機組的運維必須充分考慮其影響，并做好準備。

02海上風力發(fā)電機組運維重點

海上環(huán)境特點決定了海上風力發(fā)電機組的運維工作有一些需要特殊注意的重點。根據(jù)其特點，需要制定相應的預防措施和維護方法。下文結(jié)合福建某海上項目的5MW機組，介紹該機組針對海上環(huán)境特點所進行的運維工作。

2.1風險防控

海上環(huán)境條件惡劣，風險高，所以海上運維工作要做好風險防控措施。海上作業(yè)風險很大，安全生產(chǎn)問題不容忽視。海上運維工作要用科學有效的方法進行海上作業(yè)的風險分析和安全評價，充分識別海上作業(yè)危險源，根據(jù)各種危險源可能發(fā)生的概率和后果，做好預防管理措施以及相應的處置預案，并定期進行演習演練。

海上風力發(fā)電機組運維涉及到多種特殊作業(yè)情況，運維工作人員需要滿足相應的從業(yè)資質(zhì)要求。除了高處作業(yè)證、高壓電工證等常規(guī)特種作業(yè)證書的資質(zhì)要求之外，海上運維作業(yè)還需具備一些特殊的資質(zhì)要求，比如出海證，包括“海上求生”、“海上急救”、“海上消防”、“救生艇筏操縱”和“直升機遇險逃生”5項安全培訓，其中“救生艇筏操縱”和“直升機遇險逃生”可以根據(jù)具體設備配備情況選擇和免除培訓。

海上風力發(fā)電機組運維還需要配備完善的安全設施。安全設施包括安全標志和安全防護設備。安全標志起到安全警示和規(guī)范安全作業(yè)行為的作用，比如“必須系安全帶”、“必須戴安全帽”以及“緊急出口”等安全標識。安全設備主要用來保護人身設備安全，除了包括運維人員必須穿戴的勞保用品、救生圈等，還包括運維船上靠樁平臺、基礎承臺上的救生圈、攀爬時防跌落的速差器和安全滑塊、休息艙和滅火器等，圖1為相關的運維安全設施。圖1左上為風機基礎靠船樁，上方配有速差器，防止人員踏空失速墜落；圖1左下為運維船上的靠樁平臺，運維人員通過此平臺到達基礎樁的爬梯，平臺上有扶手和欄桿，平臺板使用花紋板防滑，保障工作人員的人身安全。圖1中上為設置的休息艙，供運維人員臨時休息補充體力的場所，配有簡單的生活設施。圖1中下為機組的基礎承臺，承臺周邊設有防護欄桿，欄桿上常備救生圈。圖1右邊為張貼于塔筒進門處的部分安全標識。

2.2計劃周全

海上風力發(fā)電機組運維工作受限于海洋環(huán)境影響，作業(yè)窗口期有限，有效作業(yè)時間短，因此運維作業(yè)需要周全計劃，并根據(jù)近期氣象信息隨時調(diào)整。據(jù)不完全統(tǒng)計，每年因海洋環(huán)境影響導致取消運維作業(yè)的次數(shù)達到20%。

風機運維作業(yè)可以分為預防性維護和故障維護，預防性維護主要包括日常的定期維護和日常巡檢。由于潮汐作用，每天的浪高都不一樣。運維作業(yè)計劃要根據(jù)經(jīng)驗和當?shù)貧v年浪高信息進行預防性維護的計劃制定，選取每年中風浪比較小的時間段，進行集中的預防性的定檢定維。比如我公司福建5MW項目位于臺灣海峽，冬季浪高最大，其次為秋季、春季，夏季最小。但考慮到夏季福建地區(qū)臺風比較多，故該項目的定期維護一般安排在每年的4-6月進行。具體到一天時間內(nèi)，早中晚各個時間的浪高也不一樣，需要每天關注相關的氣象信息，然后確定第二天是否可以進行運維作業(yè)。如果可以進行運維作業(yè)，需要根據(jù)風浪等氣象信息，提前確定好出海時間和回岸時間，規(guī)劃好運維作業(yè)內(nèi)容，保證運維人員可以及時返航，不會滯留海上。故障維護一般來說不好提前預知，需要根據(jù)事故狀態(tài)進行臨時維護。同樣，故障維護出海也需要預估工作時間，關注海浪信息，做好出海維護計劃。

2.3“三防”處理

“三防”一般是指對電子產(chǎn)品“防霉菌、防潮濕、防鹽霧”。而廣義上，對產(chǎn)品進行表面處理，以降低或消除復雜環(huán)境對電子器件性能的不利影響。鑒于海上環(huán)境條件惡劣，“三防”設計尤為重要。雖然海上風力發(fā)電機組在設計源頭就考慮到海上不利環(huán)境的影響，做了諸多防護性方案和防護設計，但仍然避免不了機組在運行過程中出現(xiàn)腐蝕等破壞性問題。

對于“三防”問題，在日常巡檢過程中要時刻關注，目測檢查機組各處油漆外觀、各密封處是否有泄露、機組各處是否有銹蝕及漏水情況。如有異常情況，需要及時修補，以免造成更大的損失。圖2是我公司福建5MW海上項目的機組運行2年半之后出現(xiàn)的腐蝕情況，圖2上部從左到右依次為風機樁腿海洋生物附著、風機塔筒門口吊具和機組內(nèi)部緊固件銹蝕情況，圖2下部是機組頂部外面的結(jié)構(gòu)件和緊固件銹蝕情況。盡管機組在設計之初，已經(jīng)做好了詳細的防腐方案設計、試驗和評審，但由于生產(chǎn)制造質(zhì)量問題，加上長時間暴漏在海洋大氣環(huán)境中，涂層致密性差，難以抵擋水汽、氯離子等腐蝕介質(zhì)滲透到底材，導致風機出現(xiàn)局部銹蝕，甚至發(fā)生金屬的質(zhì)量損失。所以，機組日常巡檢過程中，要時刻關注防腐情況，有問題及時處理，延長機組的防腐壽命。

2.4抗臺運維

由于海上災害性天氣種類多，且發(fā)生頻次較高，所以災害性天氣的機組保障運維工作一定要做好預案和管控，以免產(chǎn)生不必要的重大損失。針對我國海域，尤其是東南沿海地區(qū)，臺風是最常見的破壞性氣象。抗臺策略，包括在海上機組設計之初就會進行抗臺機械結(jié)構(gòu)設計和控制策略設計，這是機組能夠抗臺的基因。關于抗臺設計，本文不做贅述，主要介紹抗臺運維措施。

抗臺機組必須有臺風專項應急預案，應急預案應根據(jù)各廠家機組的特點進行詳細的臺風運維處理措施。抗臺運維措施主要包括三方面：臺風來臨前的檢查和準備、臺風期間的運維、臺風過后的檢查和啟動流程。

臺風來臨前需要按照相關設備廠家的要求進行相關的制動器、剎車片和液壓狀態(tài)檢查，保證機組可以停機穩(wěn)定；臺風來臨前還需要對機組的后備電源進行檢查，并進行停機測試，保證機組可以正常停機；臺風來臨前還需要關注氣象部門的臺風信息，根據(jù)需要，進行手動或者自動停機。

臺風期間，為了安全起見，工作人員需進駐中控室監(jiān)視風機、變壓器及電網(wǎng)狀況，隨時了解機組各項狀況，如發(fā)生緊急事件立即通報。在臺風未離境及臺風離境后未檢查風機前禁止啟動風機運行。如果臺風期間電網(wǎng)斷電，在電網(wǎng)公司允許的情況下，應立即通知當?shù)仉娋W(wǎng)公司重送電源。

臺風過后，應首先進行機組檢查，無問題后才能進行啟動流程。機組檢查內(nèi)容包括氣象站、葉片等所有部件是否有損壞和變形，檢查電網(wǎng)電壓及通訊是否正常，檢查高強度螺栓是否有斷裂，電纜是否與其他部件纏繞，檢查扭纜是否過緊，檢查機組內(nèi)部是否進水，檢查控制系統(tǒng)是否正常，檢查系統(tǒng)在臺風期間所有機組事件。檢查無誤后，依照廠家標準操作流程啟動機組。

2.5備品備件及易耗品

海上風力發(fā)電機組由于運維作業(yè)特殊，故需要更加完善的備件庫存體系。首先，根據(jù)前期的分析和經(jīng)驗統(tǒng)計，形成相應機型的各級別備品備件及易耗品清單。其次，需要建立完備的廠家、片區(qū)倉庫、項目部倉庫的三級備件庫。當現(xiàn)場出現(xiàn)部件損壞，需要備件更換的時候，如果是開關、接觸器等小器件，可以直接在項目部的倉庫中獲取備件，及時更換。如果是驅(qū)動齒輪箱等中等偏大部件需要更換時，可以三日內(nèi)從片區(qū)倉庫或者廠家發(fā)出備件，保證機組快速恢復運行。

03總結(jié)

海上環(huán)境危險性高、作業(yè)窗口期短、環(huán)境條件惡劣、災害性天氣頻發(fā)，所以海上機組的運維更加復雜。在日常的海上運維過程中，運維人員和管理人員要做好風險防控、計劃周全，在平時的機組維護中，要關注“三防”問題，做好抗臺運維，做好備品備件及易耗品的組織管理工作。只有這樣，才能盡量降低海上機組的故障率，提高海上機組的發(fā)電量。

參考文獻

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[5]葛珊珊，張韌.全球氣候變化背景下災害性天氣變化及對海上風電的影響[J].中國工程科學，2010年第12卷第11期