專業運維船市場不可小覷
海上風電運維船是用于海上風力發電機組運行維護的專用船舶。該船舶在波浪中應具有良好的運動性能,在航行中具有很好的舒適性,能夠低速精準的靠泊到風力發電機組的基礎,防止對基礎造成較大沖擊,并能夠與基礎持續接觸,能夠安全便利地將人員和設備運送到風力發電機組;船舶甲板區應具有存放工具、備品備件等物資的集裝箱或風力發電機組運維專用設備的區域,并可以進行脫卸;船舶還應具有運維人員短期住宿生活的條件和優良、舒適的夜泊功能。
根據國外海上風電的發展,風電運維船主要分為四類:
(1)普通運維船
泛指用于海上風電工程或運維的交通艇,典型特征為航速較低(20節以下),普通舵槳推進,耐波性差,靠泊能力差(有效波高1.5米以下)
(2)專業運維船
指用于海上風電工程或運維的專業船舶,典型特征為航速較高(20節以上),全回轉推進(噴水或全回轉舵槳),耐波性好,靠泊能力強(有效波高1.5米至2.5米),抗風浪強。
(3)運維母船
指用于海上風電運維,供人員住宿,存放備件的較大型船舶,典型特征為:可提供40人以上的住宿,具備一個月以上自持力,靠泊能力優異(有效波高2.5米以上),具備DP定位及補償懸梯傳送人員功能。
在國外運維船的發展史上,并非一開始就是這么專業的運維母船。開始采用商船改造,隨著需求的提高,針對海上風電運維進行了適應性改造。
(4)自升式運維船
指主要用于海上風電運維的大部件更換(齒輪箱、發電機等)的船舶。典型特征為:具備一定的起重能力,擁有自升式平臺,能適應水深40米以內大多數海域作業,具備DP定位及較長的自持能力。
風電運維船是海上風電運維的主要裝備。國外海上風電運維過程中,專業運維船作為最重要的可達性裝備被普遍應用到各海上風電場,由單體船、雙體船以及三體船等船型組成。
國內海上風電剛剛起步,國內運維船處于起步階段,目前使用的是普通運維船,主要由交通艇和漁船發展而來,近年以來逐漸出現簡易功能的雙體船?,F有的運維船基本可以達到每年200天的出行天數,然而隨著離岸距離加大,以及天氣更加惡劣的南方區域海上風電的開發,出行天數將會降低。風電運維船專業化必將是未來的趨勢。
根據發改委能源研究院的數據,結合BTM海上運維成本構成來推算,海上風電的運維成本占總成本的20%左右,運維船舶相關的費用又占了運維成本的20%左右。從現階段的實際情況來看,國內在運維船上的投入是不足的,應進一步加大。然而這個情況正在變化,由于前期使用交通艇無法滿足風電場需求,現已經開始建造更好的運維船,可是目前建造的運維船仍難以滿足風電場的需求,而后會建造更好的專業運維船,這是一個循序漸進的過程。
到2020年,按開工建設規模1000萬千瓦,累計并網容量500萬千瓦,平均單機功率按5MW計算,我國開工建設規模約有2000臺海上風力發電機組,累計并網約有1000臺海上風力發電機組。按照每30臺機組需要一艘專業運維船,再加上海上風電場開發區域不同和海上風電運維主體不同等因素,海上風電專業運維船的需求會近百艘。海上風電專業運維船也將是一個不可小覷的市場。
運維成本隨運輸距離增加
海上風電場運行維護需綜合考慮離岸距離、氣象海況、機組故障率,維護行為、發電能力、運維經濟性等因素來進行運維船的配置。一般來說較大規模的風電場采用船隊形式,包括不同形式的船舶,如交通艇、專業運維船、專業運維母船、救援監護船及其他專用工程船舶。
運維船配置的一般原則是:天氣較好、離岸較近的采用普通運維船,天氣復雜、離岸較近的采用先進的專業運維船,天氣較好、離岸較遠的采用普通運維船或專業運維船和運維母船,天氣較復雜、離岸較遠的采用專業運維船和運維母船。
影響運維船主要參數的環境因素主要包括,距離,水深,波高,風況等等。一般而言抗風能力超過抗浪能力,所以波高是更關鍵的因素。國內風電場主要集中在黃海北部,渤海灣,黃海,福建和廣東等區域。各區域環境情況(見表1、表2)。
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我們根據環境情況、運維船的航速、運維船環境適應能力等條件、機組數量、機組性能、運維能力等因素建立了一個可利用率的估算模型,通過該模型計算出來的某海上風電場的相關數據(見表3)。
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從表3可以看出,機組單臺年故障次數超過5次時采用普通運維船可利用率小于95%;如果采用專業運維船,單臺年故障次數為5次時可利用率超過96%,當機組單臺年故障次數3次,可利用率可以達到98%。
海上風電機組相對于陸上來說故障率更高,因為它們面臨的是一個更加惡劣的環境、更高難度的維護方式等。隨著海上風電的發展,海上風電場建設不得不需要轉移到離岸更遠的地方,更深的水域。由于這個變化,運維成本將會增加,同時面臨更遠的運輸距離,更惡劣的氣候條件和更嚴峻的物流挑戰。為降低海上風電場運維成本及提高風電場可利用率,需要合理的規劃海上風電場運維工作,針對不同的故障信息,選擇最優維護方案。模型的建立需要考慮運維船配置、氣候參數、風機具體故障、處理故障需要時長及人數等要素。圖1是一個非常典型海上風電運維船配置和調度的模型。
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重點考慮氣象、運維船模式、機組故障模型、相關費用來制定運維策略,建立模型進行分析,最終計算風場的發電量、故障時間及運維費用等,以綜合收益最大來選擇合適的運維策略。