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【海上专题】大型化:推动海上风电高效能;运维:检验海上风电发展的试金石...

北极星风力发电网  来源:《风能》    2019/10/21 10:24:47  我要投稿  

北极星风力发电网讯:政策在护航、技术在创新、母港在转型

全球化的产业链条正在形成

全球海上风电行业发展的关键时期

更需创新合作,共赢未来

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大型化:推动海上风电高效能

全球沿海地区都将集约用海视作发展海洋经济、推动可持续发展的重大举措。2016 年底,我国国家海洋局在《关于进一步规范海上风电用海管理的意见》中要求海上风电的规划、开发和建设,应坚持集约节约的原则,提高海域资源利用效率。海上机组大型化是实现海上风电场集约化建设的主要途径。同等条件下,单机容量越大的风电机组所需基础数量越少,海缆长度更短,可有效减少项目用海面积,降低征海难度与项目长期用海成本,促进海洋产业的协同发展。

对海上风电来说,成本居高不下始终是掣肘其发展的主要问题。海上作业窗口期短,风电机组的运输、安装和维护都受到很大的制约。面对这一现状,机组大型化趋势不可避免。机组大型化可降低项目整体投资,因为这意味着同样的装机容量需要更少数目的机组,点位少,建设期可令项目基础、吊装、海缆的总投资成本更低,后期运维也能高效,有针对性地展开工作,极大地降低了成本。

此外,风电机组大型化被业内人士视为提高海上机组发电量的最有效途径之一。叶片越长,扫风面积越大,能捕获的风能资源就越多,发电量就越高。海上风能资源丰富,技术创新带来发电量的提升将是非常可观的。

基于此,各个企业纷纷加强自主研发投入,不断推出叶片更长,容量更大的机组。明阳智能在MySE5.5-7.0MW 平台上推出76.6 米的大叶片,在满发一小时的情况下可以发5500 至7000 千瓦时的电量。金风科技自主开发的6.X 产品平台,其中6.7MW 海上风电机组风轮直径达154 米,相比单机容量为5MW~6MW 机组,可节约10%~20% 支撑结构及施工安装费用。西门子—歌美飒推出SG 10.0-193 DD 海上直驱机型,该机型风轮直径为193 米,扫风面积达29300 平方米。GE 推出的12MW 机组,整体高度为260 米、叶片长度为107 米、扫风面积达到38000 平方米,“海上巨无霸”的称号当之无愧。从最初的2MW 机组到如今最新的12MW 机组,技术让一切成为可能。机组的大型化之路将会继续,对高效能的追求也永不停歇。CWEA

文:《风能》杂志 孙一琳

运维:检验海上风电发展的试金石

风电机组一旦并网,就需要持续运行20~25 年,这一方面考验的是设备质量,另一方面检验着运维服务水平。尤其是对于海上风电而言,面对更加恶劣的外部环境、更短的窗口期,运维将很大程度上决定风电机组能否长时间可靠、高效运行。从某种意义上来说,运维是检验海上风电发展的一块试金石。

衡量运维的维度主要有两个,响应的速度和工作的精细化程度,这离不开设备、人员、平台的支撑。整体上看,相较于英国、丹麦这类较为成熟的市场,目前国内的相关产业链仍然不成熟,无法很好地满足行业发展的需求。近两年,我国海上风电进入快速的大规模开发阶段,该矛盾进一步凸显。鉴于这些环节所具有的重要性以及由此衍生出的巨大发展空间,业界开始积极布局,先进装备和新技术应用不断出现。

在各类影响运维可达性的因素中,运维船无疑是关键之一。前期,海上风电使用的是普通运维船,多由交通艇和渔船改造而成,这些船只航速较低,耐波性差,靠泊能力差。然而,随着项目增多,出海频次显著提高,且新建风电场的离岸距离不断增加,运维可达性受天气、潮汐、波浪、风速等的影响更大,这些都对运维交通设备的性能提出了更高要求,海上风电运维船必然走向专业化。

目前,一些较为先进的双体船以及三体船等船型陆续交付使用,它们具有航速较高、全回转推进、耐波性好、靠泊能力强、抗风浪强等优点。比如,我国第一艘专业海上风电运维船——双体铝合金专业运维工作船“ 电投01” 号, 全长19.8 米,吃水深度1.4 米,排水量103 吨,可以在七级风浪中保持25 节航速行驶。船首配备的英国MAXCCESS 抱桩舷梯,采用的是抱桩登塔方式,船梯和塔梯相连,有效提高上下塔筒的安全系数。客舱内为运维及管理人员配备有高速艇专用的缓冲式座椅,减少航行中颠簸造成的不适。专业高速双体运维船“海电运维101”号,总长19.7 米,型宽7.8 米,型深2.8 米,设计吃水1.4 米,为双体、双机、双桨的排水型高速船。它采用全铝合金穿浪双体结构,设计航速16 节,满载排水量72 吨。选用进口VOLVO 主机,客舱安装浮动地板,客舱配置专业减震座椅,极大减小客舱的振动和噪音。船艏设置进口的专业顶靠碰垫,以增大船舶在恶劣海况下顶靠风电机组的能力。

尽管如此, 我国运维船与国外最先进的专业运维船还有不小的差距。应用于英国Hornsea Project One 海上风电场的MHO Gurli 和MHOEsbjerg 双体运维船,船身长39 米。设计时,使船尾上部结构最大化,从而为船艏留出更宽阔的甲板工作空间。主工作甲板上装配了起重机、救生船、托盘固定装置以及专用绞车使用的挂载点,总共可装载110 英尺的集装箱,每10 英尺设置一个地脚,能够灵活组合使用。该船配有四驱推进装置,由4 台康明斯KTA38 主发动机和4 台Kamewa S50-3喷水推进器组成,能够为船体提供出色的灵活性、可操作性和冗余性。最高速度为30 节,服务速度为25 节,可持续出海14 天,一次存储燃料量达6.2 万升。同时,船上配有储物间、淋浴、厕所、更衣室以及船员休息室。供24 名人员使用的座位,具有良好的前方视野和KAB 悬挂座椅。

除了专业船舶,将直升机应用于海上风电运维的方案也受到广泛关注,并在国外少数海上风电项目中被采用,这可以大大缩短运维周期,但大规模推广还尚待时日。

人员职业素养是影响运维质量的另一个核心因素,这牵涉到严格的培训和考核体系。目前,国内海上风电现场服务人员必须取得“四小证”和登高证等资质证件,但这未能全面覆盖海上风电运维中可能会出现的重大风险点。因此,不少企业纷纷自主或者联合国外机构搭建运维培训平台。

金风科技在江苏大丰建立了海上风电培训中心。该中心严格执行GWO(全球风能组织)的BST(基础安全培训)和BTT(基础技术培训)标准,内容涵盖海上求生、海上风电技术等。其中的海上求生实训平台可以模拟海上电闪雷鸣、雨雾风浪等环境,借助欧洲先进的个人安全装备,通过人船倒运、跳水逃生、艇筏操作、直升机高空速降等主题进行海上自救与他救的训练。海上风电技术培训平台则集GWO - BTT 培训、1.5MW、3.X MW、6.X MW 等机型于一体,能够为学员提供机组机械、液压、电气、电控以及故障模拟等综合实操培训。

据悉,GWO(Global Wind Organization, 全球风能组织)是一家由风电制造商和运营商发起的国际组织,旨在通过安全培训和实践活动降低风险,控制风险,帮助风电行业实现无伤害的工作环境。近年来,GWO 基于丰富的风电培训经验构建了一套相对完善的人员培训标准体系,其推出的BST(基础安全培训)和BTT(基础技术培训),在全球风电行业受到广泛认可。获得GWO标准相关证书的人员,被视为具备了风电安全领域的基本知识,有能力排除工作中出现的不安全因素。该机构通过授权等方式与国内风电行业建立起密切的合作关系,推动风电人员培训的规范化。

有业内人士表示,在产业大规模发展之际,虽然业界逐步认识到培训的重要性,但相关体系的建立需要一个过程,在目前项目现场服务人员对海上风电缺乏深入认知的情况下,加快培训体系建设和相关行业标准的制定刻不容缓。与陆上项目相比,由于窗口期短、成本高,提前获取设备运行状态,并结合气象数据制定最佳的运维策略,实现人、物的合理调配显得尤为关键。在当前的语境下,数字化技术成为诸多开发商和整机商实现这一目的的核心手段。

金风科技、上海电气等均建立了各自的数字化海上风电平台,运用多种算法和模型,基本实现风电机组状态监测与预判、高精度海洋气象预报、船舶智能调度、备品备件管理、历史故障统计等功能,促使运维由非计划性转向计划性,从而减少发电量损失,最大限度保障现场运维人员的安全。

有专家指出,借助先进的传感器、VR 技术、机器人、人工智能等,实现海上风电智慧运维是未来发展趋势,国外已经启动相关研究,但鉴于国内海上风电开发时间短、数据和经验积累不足、海洋环境复杂,机组智能化、数据获取、数据质量及标准化等方面仍有不少问题亟待解决,诊断及预警方法的普适性也有待提高。CWEA

文:《风能》杂志 夏云峰

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