探究海上风电运维的技术现状和发展

探究海上风电运维的技术现状和发展

李一锋1  ,张毅盛2

1、上海电力能源科技有限公司 上海市 200245

2、上海电力能源科技有限公司 上海市 200245

摘要：现代社会中电力能源不可或缺，推动电能生产、供给提质增效势在必行。随着节能环保与绿色生产意识提升，电力生产能源供给形式，逐渐从传统能源向新能源过渡，风力发电、水力发电、太阳能发电均成为常见电力生产手段。该背景下，海上风电工程建设规模持续扩大，风电装机量以及运维需求增加。基于此，本文聚焦海上风电运维，从实际出发，对技术现状以及未来发展加以探究，以期推动海上风电运维水平提升。

关键词：海上风电运维；运维技术；应用现状；发展趋势

前言：海上风电产业的快速发展与海上风能资源高效利用有直接关系，能源利用水平，受风机性能与使用寿命影响，故在海上风电工程建设与使用过程中，保证风电机组安全、稳定、高效运行尤为重要。为达到该目标，不仅需保证风机质量，还应在生命周期内做好各项工作。因此，对海上风电运维技术发展应用现状以及改进创新趋势加以探究十分必要，可为完善运维技术体系提供支持。

1海上风电运维的主要模式和特点

当前，全球风电行业进入高速发展期。与陆上风电相比，海上风电展现出更为强劲的发展潜力和优势。从当前情况来看，海上风电不仅拥有着不受土地限制以及噪声污染小的优点，而且风能资源更为丰富，也更加靠近负荷中心能实现就地消纳。所以，海上风电逐渐成为新能源开发热点，世界各地的海上风电装机容量均保持持续增长态势。2022年，我国风电累计装机容量达395570MW，保质期内容量达到113820MW，风电装机量增长也带动了海上风电运维需求扩大，行业内部对海上风电运维的关注度以及重视程度也在持续增加。大部分海上风电机组的质保期是5年，机组的全寿命周期普遍在20-25年间，当机组运行时间超过15年就会因老化等问题而出现性能衰减。所以，在海上风电工程建设与运行管理中，风机组质保至关重要，加强风机组运维势在必行[1]。

目前，我国海上风电运维市场主要拥有三个主体：其一是整机制造商；其二是开发商；其三是第三方运维公司。三者均参与海上风电机组运维，形成了差异化海上风机运维模式。整机制造商在承接海上风机运维服务业务方面有着极为强大的先天优势，此类公司往往有着技术实力强、服务专业度高且可提供增值服务的特点；在以此类企业为主体的运维模式下，海上风电运维能立足整体方案高效快速地完成，可保证运维针对性、时效性和可靠性。但是，整机制造商在机组运维方面也存在局限性劣势，运维对象相对单一。开发商拥有雄厚资本，其已掌握的资源能够为实施全产业链视域下的海上风电机组运维提供支持，且在取得本集团订单方面颇具优势；但是这种运维模式的技术实力相对较弱，可接到的订单也深受市场份额制约。与前两者相比，以第三方海上风电运维服务公司为主体的运维模式更具实用性。此类公司具有为强大的专业技术、地理区位、价格以及规模化发展优势，能依靠物美价廉的专业运维服务满足不同品牌风机运维需求，但由于行业内的企业实力不均，服务质量也良莠不齐，合作前需仔细甄别。

2海上风电运维技术类型及其实施要点

海上风电运维的主要目标是保证风电机组稳定、安全、可持续运行，所以在这一过程中要求技术人员关注风电机组的日常运行状态，以便发现异常情况；还要求运维人员针对现存问题进行有效处理，更要求运维人员高质量完成风电机组的日常养护工作[2]。因此，海上风电运维技术主要分为三大类。

2.1维护检修技术

结合实践可知，海上风电机组长期处于恶劣的运行环境当中，不仅会因组件故障而出现运行问题，更会遭受众多的偶发性气象灾害袭击，所以海上风电机组的故障概率相对较高。想要保证风电机组安全运行，应采用前瞻性管理决策，运用预测性运行维护技术。因此，在海上风电运维工作中做好维护检修技术应用至关重要。通常来说，海上风电运维技术人员会采用定期检修以及日常运维两种技术方案开展运维工作。其中，应用定期检修技术的重点在于严格按照海上风电机组的厂家技术要求实施运行状态监测；专业运维人员需保证检测流程完整、操作规范、质量达标，并且做好检测结果记录与归档。比如，基于停机检修方式，检查风机连接件的连接状态，确认传动部件之间的润滑情况，掌握零部件磨损、老化情况，开展风电机组功能测试。若在定期检修中发现安全隐患或故障问题，则须立即反馈上报，通过更换零部件以及故障处理解决问题。运用日常运维技术时，相关工作以设备维护保养为重点。运维人员应当有计划执行停机维护方案，预备充足的配件并根据实际情况进行针对性补、更换，而且必须严控浪费。不过由于海上风电厂地理环境特殊，往返运输费用相对较高，所以海上风电定期维护不宜频繁开展。

2.2故障处理技术

顾名思义，故障处理技术是针对已有问题进行针对性运维的一种海上风电运维技术类型，实施过程主要包括停机检修、故障分析以及故障处理三个阶段。通常来说，海上风电系统设备存在重大故障会引发风电厂停机，这种故障需要由专业技术人员赶赴现场进行停机检修，所以故障处理技术应用往往意味着高成本、大事件

[3]。实践中，海上风电运维检修人员应根据的前期预测分析结果拟定停机检修处理方案，在赶赴现场时携带需要更换的部件以及修理工具，第一时间处理故障，避免长时间停机引发大量经济损失。当然，若现场情况较为复杂，检修人员与专家要立即进行深层次故障成因分析，制定针对性、科学性处理方案保证详细修理方案的顺利落实。故障处理技术应用过程中，停机检修是前提，运维人员必须立足现实情况，对异响、部件停摆、异常振动等问题进行针对性处理。

2.3状态监测技术

正如前文所言，海上风电场地理环境特殊，所以故障检修与日常运维难度都相对较大。为减轻运维压力、提高工作实效性，海上风电运维工作中还应该做好实时监测，以状态监测技术的科学应用推动海上风电运维朝着预测性、前瞻性方向发展。此时，要求运维人员运用5G、人工智能等技术，及时捕捉分析风电机组的运行反馈信号，基于实时监测发现故障信号，为高质高效地排查、解决故障奠定坚实基础。而且，应用状态监测技术可从根本上保证预测性、持续性运维工作顺利推进，能降低停机检修概率，为最大限度利用部价和最小成本开展机组检修提供有力支持。此外，借助状态监测技术还有利于增强运维工作人员的警惕性，对强化风电机组控制保护十分有益。不过，状态监测技术应用要求相对较高，要求风电场拥有良好的基础设施环境以及坚实的监测软硬件基础，还极为依赖设备参数以及运行工况等信息的准确性采集。

3海上风电运维技术的未来发展趋势

技术发展往往以需求为导向，海上风电运维技术发展也是如此。在未来海上风电运维技术应当展现出更为强大的预测性、维护性、保障性功能，成为海上风电场安全稳定运营的重要支撑。所以，本文从以下几方面着手对海上风电运维技术的未来发展趋势进行简单预测。

3.1智能运维

从现实角度来看，加强信息化、智能化技术应用，是海上风电运维技术革新的重要基础。所以，海上风电运维技术的未来发展必然会朝着智能运维方向推进。在未来，海上风电的智能运维不仅运用“互联网+”思维，以大数据、人工智能以及互联网、物联网技术为支撑，更会深度推进运维技术体系全面智能化升级[4]。智能运维模式下，保证海上风电厂的精益运维是关键，此时主要采用FD-SIM海上风电仿真系统、IGO海上风电智能管理系统、鲟航AI智能系统、华自科技HZNET无人值班远程监控智能运维系统、海上风电智能运维规划系统支撑海上风电机组的智能化运维。智能运维实施过程中可依靠系统支持，利用智能监测与诊断技术、极端工况载荷安全控制技术、功率-载荷-运动多目标控制技术、风电场尾流协同控制技术保证运维实效性。

以IGO技术为例，IGO海上风电智能管理系统具备上风电运输管理以及海上风电场智能运维两大核心模块，可用于数字、智能化海上风电运维体系；其内部具备基于基础状态的海上风电运行维护监测系统，既可保证运维基础信息化以及运维计划智能化，更能够实现机组故障的智能诊断和预警。IGO海上风电智能管理系统可依靠水文气象预报系统采集信息，能利用通信技术共享信息，也会以大数据分析模型（海上机组运维计划自动排布技术）保障科学决策。在未来，IGO技术必然会得到更为广泛的发展，而且这一系统的功能模块也会根据现实需求而不断优化升级。

3.2无人运维

“工欲善其事必先利其器”，海上风电运维技术发展必须以装备的升级换代为支撑。现阶段，海上风电运维技术朝着智能化方向发展，而运维装备则朝着无人化方向升级。日后，海上风电无人化运维技术应用会以无人化运维设备开发运行为支撑。比如，运用水下运维无人装备，利用水下机器人进行风电场运行状态巡检监测；运用水上运维无人装备，基于机器人以及无人化运维船保证运维质量。现阶段，海上风电场的水下无人化运维作业中主要依靠无人遥控潜水器的24小时不间断作业进行水下检测；利用有线遥控水下机器人开展风电桩基监测和海缆监测、修复，利用自主水下机器人完成隐蔽性、广泛性、灵活性更强的水下作业。而在水上运维中则主要依靠“无人机+无人船”的一体化装备实施无人化巡检和运维；还采用六足履带式爬行机器人——海上风电叶片运维机器人为维护和检查海上风机叶片运行状态提供保障。随着海上风机无人化运维需求增加，运维装备种类必然得以丰富，其功能性也会有所提升。

结束语：综上所述，海上风电运维工作的受重视程度不断提高，推动了海上风电运维技术发展，使得技术类型不断丰富，技术实施管理流程日渐规范。实际作业环节，海上风电运维人员主要采用检修、维护和检测技术保障风电机组安全稳定运行，运维船是实践工作中最为主要的应用装置和维修工具。为进一步提高海上风电运维技术水平，需推动该技术朝着智能化、无人化方向发展。

参考文献：

[1]吕志斌,赵锋,唐骏.海上风电场基于WiF无线网络的人员运维定位管理系统设计[J].无线通信技术,2020,29(1):32-37.

[2]丁彦超.5G技术在海上风电场智慧运维中的应用研究[J].中国高新科技,2023(9):40-41,44.

[3]高晨,赵勇,汪德良,等.海上风电机组电气设备状态检修技术研究现状与展望[J].电工技术学报,2022,37(z1):30-42.

[4]刘岚,吴垠峰,秦小健,等.海上风电运维的技术现状及发展趋势[J].中国水运（下半月）,2022,22(12):47-49.