近年來,全球海上風電裝機容量持續增長,海上風電市場持續拓展。2022年全球海上風電裝機9.4GW,其中我國海上風電裝機6.8GW,投產海上風場9座,新增海上風機507臺,占全球總容量72.3%。截至2022年底,全球海上風電累計裝機容量達57.6GW,其中我國海上風電總裝機25.6GW[1],占全球容量的44.4%,超過了英國、德國和荷蘭的總和。
在全球風場加速建設過程中,對海上風場運維技術的發展提出了更為急迫的需求。據測算,單個海上風電機組平均每年發生故障40余次,整體故障率約3%,大約每30個機組需要1艘運維船舶支撐,海上風電運維已成為風電行業發展的關鍵一環。標準化是風電技術發展的重要基礎,是支撐和引領風電產業高質量發展的重要保障。目前國內外在海上風電運維標準領域仍是空白,開展海上風電運維相關標準研究,形成一批技術領先、國際接軌、科學實用的領航標準,對于促進國內產業鏈優化、提升國際競爭力和風電產業高質量發展具有重要意義。
海上風電運維領域標準發展需求
海上風場運行維護是復雜的系統工程,涉及到運維策略選取、安全評估、監測系統開發、遠程在線診斷、運維船設計、運維裝備設計等多個環節。相較于陸上風電運維,海上風場運維存在失效模式多、運維難度大、維修窗口時間受限和運維費用高昂等特點。綜合考慮海上風場運行維護不同技術內容的特點和需求,可將海上風場運行維護標準分為運維策略選取、專用運維船舶、專用運維設備和海上風電設備智能監測等主要技術領域。
1. 運維策略選取
運維策略選取指南的建立需要以海上運維技術為基礎,為解決海上風電運維存在的固有性問題,開展基于目標優化、海上天氣、數據庫分析、冗余優化的運維策略研究,并通過將高效后勤管理融入海上運維模式,構建不同海域不同風場下運維策略選取模型。
2. 專用運維船舶
運維船作為海上風場施工、運行和維護的重要交通工具,一般包括風電運維平臺與運維交通船。通過明確運維平臺的升降速度、作業水深、動力定位;運維交通船的穩性、航速、耐波性、靠泊能力、舒適性、甲板面積和可拓展性等多種技術領域的要求,形成運維船舶設計標準,進而規范專用運維船舶市場。
3. 專用運維設備
海上風電專用運維船舶搭載的常用運維設備包括頂靠裝置、折臂吊、主動補償式登乘棧橋等,其需要保證在風場復雜環境下人員的安全操作。相關領域標準的研制,需要針對復雜多變海上環境下,設備的設計型式、補償能力、承重載荷能力、設備可靠性、關鍵零部件壽命和集成化模塊化開展研究,為相關配套設備產業的發展提供標準支撐。
4. 海上風電設備智能監測
海上風電智能監測相關標準對于實現海上風場的常態化監測、科學不定期維護具有重要意義。標準的研制需要聚焦各部件安全評估方法研究、系統硬件架構設計、軟件架構設計、監測位置的選取優化、遠程在線診斷和智能化大數據中心等方面,通過流程規范,進一步減少維護期間風機停機時間、提高設備可用度。
海上風電是清潔能源發展的重要方向。國際標準化組織高度重視海上風電領域國際標準工作,2022年ISO/TC8(國際標準化組織船舶與海洋技術委員會)重新啟動ISO/TC8/WG3工作組,負責推動海上風電領域國際標準研制,中船綜合院專家承擔了工作組召集人。在當前海上風電技術不斷向深遠海區域發展,國際組織和歐洲國家積極推動相關規范標準研制的背景下,我國在裝機規模快速增長的同時,建議國內勘測設計、整機制造、基礎施工、風機吊裝、專業運維等產業鏈上下游企業積極開展技術合作,可以將海上風電運維領域作為切入點,加快推動國內國際標準研制,提升我國在海上風電領域的國際競爭力,推動海上風電產業高質量發展。
來源:中國船舶標準化