海上风电运维服务探索之运维船

　　
　　专业运维船市场不可小觑
　　
　　海上风电运维船是用于海上风力发电机组运行维护的专用船舶。该船舶在波浪中应具有良好的运动性能，在航行中具有很好的舒适性，能够低速精准的靠泊到风力发电机组的基础，防止对基础造成较大冲击，并能够与基础持续接触，能够安全便利地将人员和设备运送到风力发电机组;船舶甲板区应具有存放工具、备品备件等物资的集装箱或风力发电机组运维专用设备的区域，并可以进行脱卸;船舶还应具有运维人员短期住宿生活的条件和优良、舒适的夜泊功能。
　　
　　根据国外海上风电的发展，风电运维船主要分为四类：
　　
　　(1)普通运维船
　　
　　泛指用于海上风电工程或运维的交通艇，典型特征为航速较低(20节以下)，普通舵桨推进，耐波性差，靠泊能力差(有效波高1.5米以下)
　　
　　(2)专业运维船
　　
　　指用于海上风电工程或运维的专业船舶，典型特征为航速较高(20节以上)，全回转推进(喷水或全回转舵桨)，耐波性好，靠泊能力强(有效波高1.5米至2.5米)，抗风浪强。
　　
　　(3)运维母船
　　
　　指用于海上风电运维，供人员住宿，存放备件的较大型船舶，典型特征为：可提供40人以上的住宿，具备一个月以上自持力，靠泊能力优异(有效波高2.5米以上)，具备DP定位及补偿悬梯传送人员功能。
　　
　　在国外运维船的发展史上，并非一开始就是这么专业的运维母船。开始采用商船改造，随着需求的提高，针对海上风电运维进行了适应性改造。
　　
　　(4)自升式运维船
　　
　　指主要用于海上风电运维的大部件更换(齿轮箱、发电机等)的船舶。典型特征为：具备一定的起重能力，拥有自升式平台，能适应水深40米以内大多数海域作业，具备DP定位及较长的自持能力。
　　
　　风电运维船是海上风电运维的主要装备。国外海上风电运维过程中，专业运维船作为最重要的可达性装备被普遍应用到各海上风电场，由单体船、双体船以及三体船等船型组成。
　　
　　国内海上风电刚刚起步，国内运维船处于起步阶段，目前使用的是普通运维船，主要由交通艇和渔船发展而来，近年以来逐渐出现简易功能的双体船。现有的运维船基本可以达到每年200天的出行天数，然而随着离岸距离加大，以及天气更加恶劣的南方区域海上风电的开发，出行天数将会降低。风电运维船专业化必将是未来的趋势。
　　
　　根据发改委能源研究院的数据，结合BTM海上运维成本构成来推算，海上风电的运维成本占总成本的20%左右，运维船舶相关的费用又占了运维成本的20%左右。从现阶段的实际情况来看，国内在运维船上的投入是不足的，应进一步加大。然而这个情况正在变化，由于前期使用交通艇无法满足风电场需求，现已经开始建造更好的运维船，可是目前建造的运维船仍难以满足风电场的需求，而后会建造更好的专业运维船，这是一个循序渐进的过程。
　　
　　到2020年，按开工建设规模1000万千瓦，累计并网容量500万千瓦，平均单机功率按5MW计算，我国开工建设规模约有2000台海上风力发电机组，累计并网约有1000台海上风力发电机组。按照每30台机组需要一艘专业运维船，再加上海上风电场开发区域不同和海上风电运维主体不同等因素，海上风电专业运维船的需求会近百艘。海上风电专业运维船也将是一个不可小觑的市场。
　　
　　运维成本随运输距离增加
　　
　　海上风电场运行维护需综合考虑离岸距离、气象海况、机组故障率，维护行为、发电能力、运维经济性等因素来进行运维船的配置。一般来说较大规模的风电场采用船队形式，包括不同形式的船舶，如交通艇、专业运维船、专业运维母船、救援监护船及其他专用工程船舶。
　　
　　运维船配置的一般原则是：天气较好、离岸较近的采用普通运维船，天气复杂、离岸较近的采用先进的专业运维船，天气较好、离岸较远的采用普通运维船或专业运维船和运维母船，天气较复杂、离岸较远的采用专业运维船和运维母船。
　　
　　影响运维船主要参数的环境因素主要包括，距离，水深，波高，风况等等。一般而言抗风能力超过抗浪能力，所以波高是更关键的因素。国内风电场主要集中在黄海北部，渤海湾，黄海，福建和广东等区域。各区域环境情况(见表1、表2)。 　　 　　 　　
　　我们根据环境情况、运维船的航速、运维船环境适应能力等条件、机组数量、机组性能、运维能力等因素建立了一个可利用率的估算模型，通过该模型计算出来的某海上风电场的相关数据(见表3)。 　　 　　
　　从表3可以看出，机组单台年故障次数超过5次时采用普通运维船可利用率小于95%;如果采用专业运维船，单台年故障次数为5次时可利用率超过96%，当机组单台年故障次数3次，可利用率可以达到98%。
　　
　　海上风电机组相对于陆上来说故障率更高，因为它们面临的是一个更加恶劣的环境、更高难度的维护方式等。随着海上风电的发展，海上风电场建设不得不需要转移到离岸更远的地方，更深的水域。由于这个变化，运维成本将会增加，同时面临更远的运输距离，更恶劣的气候条件和更严峻的物流挑战。为降低海上风电场运维成本及提高风电场可利用率，需要合理的规划海上风电场运维工作，针对不同的故障信息，选择最优维护方案。模型的建立需要考虑运维船配置、气候参数、风机具体故障、处理故障需要时长及人数等要素。图1是一个非常典型海上风电运维船配置和调度的模型。 　　 　　
　　重点考虑气象、运维船模式、机组故障模型、相关费用来制定运维策略，建立模型进行分析，最终计算风场的发电量、故障时间及运维费用等，以综合收益最大来选择合适的运维策略。