一、引言

風能是國內外可再生能源中發(fā)展速度最快的可再生能源，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之一。隨著不可再生資源的逐漸匱乏以及環(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。截至2019年末，我國并網(wǎng)風電裝機容量21005萬千瓦，同比增長14.0%。

經(jīng)過數(shù)年的發(fā)展，我國陸上風電面臨建設用地資源緊張的困境。與此同時，我國海岸線長，海上風資源豐富，海上風電具有占地面積少、開發(fā)規(guī)模大、發(fā)電利用小時數(shù)高等特點，加上國家政策利好，我國海上風電開發(fā)建設漸入佳境。國家發(fā)改委可再生能源發(fā)展“十三五”規(guī)劃指出：要求積極穩(wěn)妥推進海上風電開發(fā)，到2020年，海上風電開工建設1000萬千瓦，確保建成500萬千瓦。

根據(jù)世界海上風電論壇（WFO）公布最新全球海上風電統(tǒng)計數(shù)據(jù)，截至2019年底，全球海上風電累計裝機容量27.2GW，比2018年底的數(shù)字增長了24%，2019年，全球海上風電新增裝機容量5.2GW，單年新增裝機創(chuàng)歷史新高。截至2019年底，全球共有23個在建海上風電項目，共7GW，其中13個項目在中國，全球已投運海上風電場共146個。全球共有10個已投運、在建、規(guī)劃中的浮式海上風電項目（不包括示范項目），超過1GW。

綜上，海上風電發(fā)展已經(jīng)受到了全球的重視，發(fā)展速度越來越快。與此同時，由此衍生出來的海上風力發(fā)電機組并網(wǎng)發(fā)電后的運維相關問題也受到了廣泛的關注。惡劣的維護環(huán)境和高難度的維護方式等原因，造成海上風力發(fā)電機組相對于陸上來說故障率更高。并且，隨著海上風電的發(fā)展，海上風電場建設不得不轉移到離岸更遠的地方、更深的水域。隨之而來的，是更遠的運輸距離、更惡劣的氣候條件、更嚴峻的物流挑戰(zhàn)，運維成本將會大幅增加。在這種發(fā)展趨勢下，如何降低海上風力發(fā)電機組的運維成本，提升海上風電場的效益，成為了擺在大家面前的現(xiàn)實問題。這也是海上風電投資開發(fā)商重點關注的問題。

本文將通過對目前海上風力發(fā)電機組運維現(xiàn)狀的分析，提出其未來的發(fā)展策略。

二、我國海上風電運維現(xiàn)狀

我國海上風電場運行周期大多為25年，其并網(wǎng)發(fā)電后運維的主要模式為：風力發(fā)電機組通過240/250h試運營至五年質保期內由風力發(fā)電機組整機廠商提供質保服務，質保期外由風電場投資開發(fā)商自行招聘人員運維或通過尋找第三方運維服務商提供運維服務，第三方運維服務商包括風力發(fā)電機組整機廠商、專業(yè)運維公司等。

海上風電場整體運行維護成本較高，是同等裝機容量陸上風電場的2倍以上，一方面是海上風電特殊環(huán)境影響（如高鹽霧高濕度對設備的影響，天氣因素對維修窗口期的影響）造成設備可靠性差、故障率高、維修周期長、維修工藝復雜，另一方面也受到機組可靠性尚未充分驗證、運維團隊專業(yè)性還需提升、遠程故障診斷和預警能力還不健全等因素影響。

1、海上風力發(fā)電機組的可靠性尚未充分驗證，故障率高。

我國國內已并網(wǎng)運營的海上風電場，使用的風力發(fā)電機組大多為陸上風力發(fā)電機組經(jīng)適應海上環(huán)境改造而成，從運行業(yè)績來看，機組運行試驗周期較短，還沒有經(jīng)過充分的試驗和驗證。并且，海上風力發(fā)電機組在產品設計和制造階段對全生命周期成本、特殊海洋環(huán)境條件（如涂層和防腐）的適應性設計等方面因素考慮不足，又使用在復雜惡劣的海上環(huán)境，導致風力發(fā)電機組故障率居高不下，運維工作量高，增加了運維成本。

并且，業(yè)主基于對海上風電場建設投資成本的考量，加上風力發(fā)電機組主機廠商相互間的競爭，導致海上風力發(fā)電機組和陸上風力發(fā)電機組一樣，采購中標價格不斷的下降，由此必然導致風力發(fā)電機組整機配置的降低和大量使用廉價質平的部件，從而降低了風機整機的可靠性。

2、海上風力發(fā)電機組的運維尚無可操作性強的行業(yè)標準，運維團隊專業(yè)性還需提升。

（1） 目前，我國海上風電場建設、驗收和運維，均缺乏現(xiàn)行有效的、具備可操作性的行業(yè)標準。開發(fā)商、施工單位、設計院、整機廠商等都按照各自的理解進行風電場的建設、驗收和運維，銜接不清、驗收粗糙，給項目的后續(xù)運維增加了難度。

（2） 海上風力發(fā)電機組運維人員缺乏維護經(jīng)驗、缺少有效的技能培訓和運維標準文件的指導，導致其專業(yè)素質較低、維護管理能力欠缺，造成風力發(fā)電機組維修周期過長、發(fā)電量損失較多，直接影響風電場發(fā)電收益。

（3） 目前，海上風力發(fā)電機組運維基本照搬陸上力發(fā)電機組運維經(jīng)驗，采取周期性計劃檢修為主、突發(fā)性故障檢修為輔的運維模式：即力發(fā)電機組運維人員根據(jù)風力發(fā)電機組標準化作業(yè)指導書指定的定檢周期對風機進行計劃性保養(yǎng)和測試，若風力發(fā)電機組出現(xiàn)臨時故障，運行人員則通知運維人員前往現(xiàn)場處理。長期以來，我國電力行業(yè)都是實行為主的檢修體制，預防性計劃檢修對缺陷消除、風力發(fā)電機組安全運行起到了有效的促進作用，但也有明顯的弊端，主要表現(xiàn)在維修過度、欠維修及盲目維修等。

3、風力發(fā)電機組遠程故障診斷和預警能力不健全，檢修環(huán)境差，檢修難度大。

（1） 當前，海上風力發(fā)電機組的維護模式仍以定期維護和故障檢修的“被動式運維”為主。雖然風電場開發(fā)商、風力發(fā)電機組廠商以及風力發(fā)電機組部分關鍵大部件生產商都逐步開始建立故障診斷和遠程預警能力，但受限于海上風力發(fā)電機組運行、故障數(shù)據(jù)積累匱乏等原因，當前的故障診斷和遠程預警體系和水平尚不足以支撐海上風力發(fā)電機組運維成本的大幅降低。

（2） 海上風力發(fā)電機組運維作業(yè)受潮汐影響明顯，既有臺風等惡劣工況，還存在較多的大風、團霧、雷雨天氣，又有大幅淺灘，遠海通達困難，交通設備選擇困難，海上維護作業(yè)有效時間短，安全風險大且缺乏大型海上風力發(fā)電機組維護裝備。

（3） 由于海上交通因天氣海況，存在極大的不確定因素，往往因為一個空開斷開，導致海上風力發(fā)電機組停機連續(xù)停機的情況常常發(fā)生。如果單臺風力發(fā)電機組報故障，運維人員前往處理故障，會導致來回交通成本巨大，對風電場的效益產生極大的影響。此外，海上風力發(fā)電機組的大部件更換成本巨大，無論是在海上風電相對成熟的歐洲，還是快速發(fā)展的中國，因為大部件供應鏈可靠性低，甚至整機設計的缺陷，導致大部件需要在海上進行更換。海上風力發(fā)電機組大部件的更換，除了大部件本身的成本外，還要考慮大型吊裝船施工的手續(xù)及費用、海上運輸費用、養(yǎng)殖戶補償以及天氣窗口因素等，加上風力發(fā)電機組長期停機造成的發(fā)電量損失，都增加了海上風電場的運營成本、降低了風電場的收益。

4、海上風力發(fā)電機組運維必須借助船、直升機等運輸工具，維護費用高。

從陸上到海上的交通方式，風力發(fā)電機組運維商往往有4種選擇：風電場建設施工船、專門的服務船只、直升機接送服務、母艦類型的船只。但是不論選擇哪種運輸方式都意味著相應的技術路徑和資金投入。

（1） 租用建設施工船往往成本較高，因為當前海上風力發(fā)電機組建設施工船都朝著大型化發(fā)展，專門的海上風力發(fā)電機組安裝船一次最多可以裝載10 臺風力發(fā)電機組，僅為了維修某臺風力發(fā)電機組就動用顯然是“大材小用”。除此之外，海上風力發(fā)電機組建設施工船還容易受天氣情況和海況的限制。

（2） 就專門的服務船只而言，雙體海上風電工程專用船和三體船往往更受到海上風力發(fā)電機組運維商的青睞。在距離海岸較近的地方，例如半個小時左右的航程內，專門的服務船只也更具成本優(yōu)勢。但是，在距離陸地較遠的海上風電場，例如兩小時以上的航程中，專門的服務船的燃油消耗就會推高使用成本。另外，在長距離航行中，專門的服務船受天氣和海況影響的可能性很大：出發(fā)時還風平浪靜，行至半途甚至快到作業(yè)現(xiàn)場時卻因天氣突變而不得不折返（因為在天氣惡劣、海況差的情況下航行，這種服務船只的安全性也會變差），造成成本浪費。在德國甚至有過服務船撞上風力發(fā)電機組基座的事情發(fā)生。更主要的是，這些專門的服務船的運載能力有限，一些大的零部件和維修設備超出了這種船只的承載能力。

（3） 動用直升機的確很靈活，但卻是非常昂貴且存在高風險的選擇。最大的缺陷是直升機無法降落在風力發(fā)電機組的機艙上，再考慮到燃油的供給，完成一次維修往往要折返多次。

（4） 母艦類型的船只應該是未來的發(fā)展方向，但是這種大型的船只也有自身的缺點。首先，它的使用仍然受限于天氣狀況，有經(jīng)驗表明，這種類型的船只仍只能在海浪不高的情況下裝載或者卸載。其次，在母艦波動較大的情況下，直升機起落的危險性也較大。另外，這種母艦是維護船舶和直升飛機的避風港，但本身不能進行任何重大渦輪機維修或者更換，只能起到簡單的維修和大部件運輸。

三、應對措施

基于以上的現(xiàn)實困境，可以采取以下措施，提升海上風力發(fā)電機組的運維能力，從而降低海上風力發(fā)電機組的運維成本。

1、在設計階段選用可靠性強的風力發(fā)電機組，不吝投資。

海上風力發(fā)電機組的可靠性是先天因素，可以說格外重要。首先，提倡海上風力發(fā)電機組一定要高配，不要因為海上風電電價的影響打價格戰(zhàn)，降低風力發(fā)電機組的配置，從風電場的整個生命周期來說，得不償失。其次，要優(yōu)選經(jīng)過長期運行驗證過的海上風力發(fā)電機組廠家生產的產品，只有運行經(jīng)驗長的風力發(fā)電機組才具有高的可靠性。很多新推出的海上風力發(fā)電機組，在并網(wǎng)后兩年內基本不會有問題，但隨后在很多細節(jié)上，比如涂層、防腐、大部件可靠性等問題上會逐漸暴露。

2、建立健全風力發(fā)電機組的質量管理體系，加速產品優(yōu)化升級。

應建立供應鏈質量管理體系、運維質量管理體系以及風力發(fā)電機組整機設計、生產、制造等質量管理體系。風力發(fā)電機組出現(xiàn)的故障，要通過成熟可靠的管理體系，進行徹底的根本原因分析，從源頭和設計上進行解決，并實現(xiàn)產品的快速迭代更新。

3、加強海上風力發(fā)電機組運維培訓，提升檢修技能。

（1） 連續(xù)總結海上風力發(fā)電機組的運維實踐經(jīng)驗，建立一整套行業(yè)統(tǒng)一的海上風力發(fā)電機組運維作業(yè)標準和規(guī)范，對海上風電場施工及風力發(fā)電機組運維作業(yè)的安全（如出海作業(yè)人員資質、培訓要求，海上人員交通船的資質準入、硬件配置、出海條件等）、技術（如驗收規(guī)范、海上防腐、電氣防護）、質量要求進行統(tǒng)一規(guī)定。

（2） 建設具備成熟的海上EHS規(guī)范以及運維技能培訓的海上風力發(fā)電機組培訓中心，為海上開發(fā)商、整機廠商及零部件供應商、安裝公司、監(jiān)理、第三方運維公司等所有海上風力發(fā)電機組運維人員提供培訓，帶動中國整個海上風力發(fā)電機組運維能力的提升和改進。同時，在每一個海上風電場實施前，開發(fā)商、監(jiān)理、安裝公司全體作業(yè)人員應接受至少3輪的安裝、調試、運維的作業(yè)技術交底及技能、安全培訓。

4、優(yōu)化檢修方案，縮短檢修時間。

海上風力發(fā)電機組的計劃檢修和故障檢修均需要大量的人力、物力、財力支撐。隨著風電場投資商提高經(jīng)濟效益的需要和科學技術的進步，海上風力發(fā)電機組運維方式應逐步向以狀態(tài)檢修為主、計劃檢修與故障檢修為輔轉變。

（1） 狀態(tài)檢修是以設備狀態(tài)為基礎，根據(jù)對潛伏性故障的離線測量和在線監(jiān)測的結果，結合巡檢數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、實時數(shù)據(jù)等技術，對設備進行狀態(tài)評估，并以此來指導安排設備檢修周期和項目維修問題。狀態(tài)檢修通過對設備結構特點、運行情況、監(jiān)測數(shù)據(jù)分析等綜合分析，確定設備是否需要檢修，檢修中需要進行哪些項目，具有很強的針對性，可以取得較好的檢修效果。特別在海上風力發(fā)電機組的運維上，風力發(fā)電機組運維人員根據(jù)風力發(fā)電機組運行數(shù)據(jù)、各點監(jiān)測情況，統(tǒng)一安排對多臺風力發(fā)電機組進行狀態(tài)檢修，可大大節(jié)約交通成本，提高風力發(fā)電機組發(fā)電效率。

（2） 推廣汽車4S店“一站式”風力發(fā)電機組大部件更換服務。通過狀態(tài)監(jiān)測的振動預警系統(tǒng)，對風力發(fā)電機組關鍵部件早期故障進行預警；開展大部件故障空中維修、更換工藝的研發(fā)，降低運維成本；整合安全、船舶、工藝技術、工裝工具、物料、人員等要素，提供一站式大部件更換服務，縮短檢修時間。

5、依托數(shù)據(jù)中心建設現(xiàn)場，提高故障預警診斷能力，實現(xiàn)智慧運維。

依托海上風電場監(jiān)控中心，建立海上風力發(fā)電機組智慧運營數(shù)據(jù)中心，并逐步覆蓋周圍的所有風電場的風力發(fā)電機組。通過多數(shù)據(jù)源的風力發(fā)電機組運維大數(shù)據(jù)的采集、分析和計算（包括SCADA 數(shù)據(jù)、風功率預測數(shù)據(jù)、狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)、預防性試驗數(shù)據(jù)，以及歷史維護記錄、異常運行記錄、故障檢修記錄、缺陷記錄等非結構化數(shù)據(jù)），實現(xiàn)專家知識庫的積累共享，及時進行工單推送，實現(xiàn)風力發(fā)電機組各類故障預警、智能診斷和壽命預測等功能，指導風力發(fā)電機組運維人員進行標準化作業(yè)，也方便運維相關方對整個風電場的運營業(yè)績進行有效評估，不斷優(yōu)化運維策略。

四、未來趨勢

隨著我國海上風電場建設規(guī)模的增加，海上風力發(fā)電機組運維市場也將不斷增長，運維能力、運維規(guī)模、運維模式都會有很大的增長，運維成本也將逐步降低，為海上風電“平價上網(wǎng)”模式的推進，發(fā)揮重要的作用。

1、海上風電行業(yè)將會愈加關注風力發(fā)電機組全生命周期整體解決方案。

除了關注質保期內的風力發(fā)電機組運維，風力發(fā)電機組整機廠商和風電場投資商也越來越重視海上風力發(fā)電機組全生命周期的運維解決方案。從歐洲的發(fā)展趨勢看，風力發(fā)電機組整機廠商與風電場投資商簽訂“5+N”的長期運維協(xié)議，即將五年質保期后的運維繼續(xù)交由整機廠商，保證風電場運行穩(wěn)定和發(fā)電效率。

海上風力發(fā)電機組達到設計使用壽命后，一般有三種選擇方案：一是更換部分風力發(fā)電機組的設備進行壽命延長從而繼續(xù)發(fā)電；二是風力發(fā)電機組設施全部更換，用新的單機容量更大的風力發(fā)電機組替換舊的風力發(fā)電機組；三是風力發(fā)電機組完全退役。未來行業(yè)將從風電場的規(guī)模和類型、離岸距離、風資源、法規(guī)政策、電價、運營成本、盈利能力評估以及原有風力發(fā)電機組基礎設施可以重復使用的程度等因素綜合考慮判斷何種方案。

2、風力發(fā)電機組深遠海運維模式和裝備能力如何提升將是下一階段發(fā)展重點。

海上風電將向更遠、更深的海域發(fā)展，將有更多的深遠海風力發(fā)電機組運維模式和裝備出現(xiàn)，以實現(xiàn)風力發(fā)電機組運維效率的最大化。如基于“服務作業(yè)母船（SOV）”的深遠海運維方案，實現(xiàn)50~60名風力發(fā)電機組運維工程師長時間同時在海上進行作業(yè)、住宿、生活，并且提供移動倉儲服務，確保工具、物料滿足運維需求。

例如：2020年8月12日，在國內首艘海上風電運維母船設計方案定審會上，我國七〇二所項目組的產品與國外設計單位同臺競技，項目組技術人員進行了方案匯報和現(xiàn)場答疑，最終憑借獨具特色的SWATH母船設計方案，得到在場評審專家一致肯定，獲得該批量船的設計任務。根據(jù)設計方案，船總長約78米，船寬約28米，排水量3000噸級，設計航速大于13節(jié)，采用“GOLF”SWATH船型。凝結中國智慧，展現(xiàn)中國品質。本船是國內風力發(fā)電機組運維行業(yè)首次以小水線面雙體船型作為運維母船，是中國造新一代“海上移動智慧平臺”，突破了多項國外風力發(fā)電機組運維船“卡脖子”技術，整船設備國產化率將達到98%以上，并提出中國海上風力發(fā)電機組運維母船方案設計的新標準，具有里程碑式的意義。運維母船建成后，與批量運維子船協(xié)同作業(yè)，形成獨具中國特色的海上風電運維作業(yè)系統(tǒng)，將助推中國海上風電運維產業(yè)，與國際先進接軌、與世界賽跑。

對此，我相信未來會還會有更多的專業(yè)化、智能化海上風力發(fā)電機組運維裝備研制推出，從而實現(xiàn)海上運維的降本增效。如空中維修更換大部件的工裝工具、水下檢測機器人、無人機智能巡檢、波浪補償棧橋、海上換油裝備等。

3、全面形成基地化檢修模式，最大程度縮短檢修時間。

未來，海上風力發(fā)電機組運維市場還會由風力發(fā)電機組整機廠商、風場投資商自有運維公司、專業(yè)運維公司共同參與。但是，質量、技術、供應鏈因素和海上風力發(fā)電機組集群式規(guī)模效應，將使得風力發(fā)電機組整機廠商在海上風力發(fā)電機組運維領域優(yōu)勢凸顯。長遠來看，未來海上風力發(fā)電機組運維將仍以風力發(fā)電機組整機廠商為主；但投資商成立的專門運維公司（或者與整機廠商合資運營的運維公司），也會占據(jù)一定的市場份額。專業(yè)風力發(fā)電機組運維公司運維或憑借在某一專項技術細分領域的優(yōu)勢，成為未來海上風力發(fā)電機組運維生態(tài)圈的重要補充。

未來，海上風力發(fā)電機組的運維行業(yè)將從粗放型向精益化方式轉變。海上風力發(fā)電機組運維因出海窗口期的原因，存在人員工時浪費、停機時間過長等情形。精益化管理的核心在于通過對運維現(xiàn)狀的有效分析減少各種形式的浪費，確定有效的運維流程，使運維管理標準化。同時，通過智慧運維管理平臺，形成故障預警、智能診斷、運維策略優(yōu)化、解決方案和備件庫存控制的“4S一站式”運維服務，區(qū)域內風電場集中管控、各投資商聯(lián)合合作，實現(xiàn)效益增值。

五、總結

海上風力發(fā)電機組運維的終極目標是：在風力發(fā)電機組全壽命周期內，有效降低運維成本，降低發(fā)電損失，提升風力發(fā)電機組的發(fā)電量，從而提高投資商的收益。為了解決海上風力發(fā)電機組運維的難題，我們依然需要不斷創(chuàng)新海上風力發(fā)電機組運維模式，圍繞提升運維服務展開相關工作，從而形成全面的海上風電運維解決方案。