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海上風力發電機組運維重點介紹和探討

發布日期:所屬欄目:行業動態

引言

風能是可再生能源中發展最快的清潔能源,也是最具有大規模開發和商業化發展前景的可再生能源。隨著不可再生資源的匱乏以及環境污染破壞的加劇,風能作為一種清潔性高、可持續性強、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]。國家發改委可再生能源發展“十三五”規劃,到2020年底,全國風電并網裝機確保達到2.1億千瓦以上。同時,在可再生能源發展“十三五”規劃中,要求積極穩妥推進海上風電開發。規劃指出,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,海上風電發展越來越受重視,發展速度也越來越快。

對于海上風力發電機組來說,投資開發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境不同,海上機組設計也會有所區別,其運維重點也會不同。本文將結合福建某5MW機組風場的運維經驗,介紹海上風力發電機組運維所需注意特點。

01 海上環境特點

1.1 危險性高

眾所周知,海上環境惡劣,運維人員在海上作業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相對來說還是比較頻繁的,可以說海上作業窗口期比較緊張。

1.3 環境條件惡劣

在中國領海區域,海上風力發電機的海洋環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

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,對海上風力發電機組影響最大的是臺風。在中國臺風網可以查知,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20187月的臺風“瑪利亞”在我國福建連江登陸時,最大風速達到48m/s10分鐘平均);20189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/s10分鐘平均)。這些說明臺風對海上風力發電機組的破壞是常見的,也是巨大的。海上風力發電機組的運維必須充分考慮其影響,并做好準備。

02 海上風力發電機組運維重點

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

2.1 風險防控

海上環境條件惡劣,風險高,所以海上運維工作要做好風險防控措施。海上作業風險很大,安全生產問題不容忽視。海上運維工作要用科學有效的方法進行海上作業的風險分析和安全評價,充分識別海上作業危險源,根據各種危險源可能發生的概率和后果,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。

海上風力發電機組運維涉及到多種特殊作業情況,運維工作人員需要滿足相應的從業資質要求。除了高處作業證、高壓電工證等常規特種作業證書的資質要求之外,海上運維作業還需具備一些特殊的資質要求,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”可以根據具體設備配備情況選擇和免除培訓。

海上風力發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范安全作業行為的作用,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

海上風力發電機組運維工作受限于海洋環境影響,作業窗口期有限,有效作業時間短,因此運維作業需要周全計劃,并根據近期氣象信息隨時調整。據不完全統計,每年因海洋環境影響導致取消運維作業的次數達到20%

風機運維作業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。運維作業計劃要根據經驗和當地歷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,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。如果可以進行運維作業,需要根據風浪等氣象信息,提前確定好出海時間和回岸時間,規劃好運維作業內容,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,需要根據事故狀態進行臨時維護。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”一般是指對電子產品“防霉菌、防潮濕、防鹽霧”。而廣義上,對產品進行表面處理,以降低或消除復雜環境對電子器件性能的不利影響。鑒于海上環境條件惡劣,“三防”設計尤為重要。雖然海上風力發電機組在設計源頭就考慮到海上不利環境的影響,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部緊固件銹蝕情況,圖2下部是機組頂部外面的結構件和緊固件銹蝕情況。盡管機組在設計之初,已經做好了詳細的防腐方案設計、試驗和評審,但由于生產制造質量問題,加上長時間暴漏在海洋大氣環境中,涂層致密性差,難以抵擋水汽、氯離子等腐蝕介質滲透到底材,導致風機出現局部銹蝕,甚至發生金屬的質量損失。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,以免產生不必要的重大損失。針對我國海域,尤其是東南沿海地區,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構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、剎車片和液壓狀態檢查,保證機組可以停機穩定;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視風機、變壓器及電網狀況,隨時了解機組各項狀況,如發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。如果臺風期間電網斷電,在電網公司允許的情況下,應立即通知當地電網公司重送電源。

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,檢查機組內部是否進水,檢查控制系統是否正常,檢查系統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

海上風力發電機組由于運維作業特殊,故需要更加完善的備件庫存體系。首先,根據前期的分析和經驗統計,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、片區倉庫、項目部倉庫的三級備件庫。當現場出現部件損壞,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。如果是驅動齒輪箱等中等偏大部件需要更換時,可以三日內從片區倉庫或者廠家發出備件,保證機組快速恢復運行。

03 總結

海上環境危險性高、作業窗口期短、環境條件惡劣、災害性天氣頻發,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,提高海上機組的發電量。

 


信息來源:北極星風力發電網

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