海上風電運維服務探索之運維船

　　
　　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)。 　　 　　 　　
　　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)。 　　 　　
　　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。 　　 　　
　　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。