【關(guān)鍵詞】 海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組 運維 海上作業(yè) 抗臺 三防

 

　　來源：《第六屆中國風(fēng)電后市場交流合作大會論文集》

 

　　作者：湘電風(fēng)能有限公司海上風(fēng)力發(fā)電技術(shù)及檢測國家重點實驗室 尚振龍陽雪兵田湘龍全慧瓊

 

 

　　風(fēng)能是可再生能源中發(fā)展最快的清潔能源，也是最具有大規(guī)模開發(fā)和商業(yè)化發(fā)展前景的可再生能源。隨著不可再生資源的匱乏以及環(huán)境污染破壞的加劇，風(fēng)能作為一種清潔性高、可持續(xù)性強、資源豐富的可再生資源已日益受到世界各國的關(guān)注和研究[1]。截至2016年末，全球累計風(fēng)電容量達(dá)到487GW[2]。國家發(fā)改委可再生能源發(fā)展“十三五”規(guī)劃，到2020年底，全國風(fēng)電并網(wǎng)裝機(jī)確保達(dá)到2.1億千瓦以上。同時，在可再生能源發(fā)展“十三五”規(guī)劃中，要求積極穩(wěn)妥推進(jìn)海上風(fēng)電開發(fā)。規(guī)劃指出，到2020年，海上風(fēng)電開工建設(shè)1000萬千瓦，確保建成500萬千瓦[3]。由此可見，海上風(fēng)電發(fā)展越來越受重視，發(fā)展速度也越來越快。

 

　　對于海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組來說，投資開發(fā)商關(guān)注的不僅僅是機(jī)組本身的成本、功率等特點，更關(guān)注機(jī)組的可靠性和運維成本。對比陸上機(jī)組而言，由于海上機(jī)組所處環(huán)境不同，海上機(jī)組設(shè)計也會有所區(qū)別，其運維重點也會不同。本文將結(jié)合福建某5MW機(jī)組風(fēng)場的運維經(jīng)驗，介紹海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運維所需注意特點。

 

　　01海上環(huán)境特點

 

　　眾所周知，海上環(huán)境惡劣，運維人員在海上作業(yè)遭遇危險的可能性更高。從碼頭到運維船上，從運維船到達(dá)機(jī)組，乃至在機(jī)組進(jìn)行工作，除了在陸上環(huán)境可能遇到的風(fēng)險外，運維人員還可能會遇到墜海、臺風(fēng)、搖晃等海上特有風(fēng)險。海上運維作業(yè)遇到風(fēng)險后，其處理難度和危害程度都比陸上事故要大。

 

 

　　陸上機(jī)組安裝于陸地，通過車輛可以直接到達(dá)，除非遇到大雪、泥石流等極端情況，否則不會出現(xiàn)無法到達(dá)機(jī)組的情況。而海上機(jī)組則不一樣，它的可達(dá)性有比較多的受限，當(dāng)浪高超過1.5米或者有臺風(fēng)的時候，一般運維船無法出港，此時機(jī)組就不能及時得到維護(hù)。而且，浪高超過1.5米或臺風(fēng)情況的出現(xiàn)相對來說還是比較頻繁的，可以說海上作業(yè)窗口期比較緊張。

 

 

　　在中國領(lǐng)海區(qū)域，海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)的海洋環(huán)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(huán)境溫度高、濕度大、腐蝕性強，這需要機(jī)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(hù)時，要額外關(guān)注這些問題。

 

　　我國災(zāi)害性天氣氣候包括：臺風(fēng)、雨澇、雷電、干旱、高溫、沙塵暴、寒潮、大風(fēng)、低溫冷害、雪災(zāi)、冰雹、霜凍、霧、霾、酸雨等[5]。這些災(zāi)害性天氣中，對海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組影響最大的是臺風(fēng)。在中國臺風(fēng)網(wǎng)可以查知，2018年共有29個臺風(fēng)信息，其中登陸我國的臺風(fēng)有11個，且大部分集中在東南沿海的省份進(jìn)行登陸，時間集中在6-9月份。其中2018年7月的臺風(fēng)“瑪利亞”在我國福建連江登陸時，最大風(fēng)速達(dá)到48m/s（10分鐘平均）;2018年9月的強臺風(fēng)“山竹”在我國廣東陽江登陸時，最大風(fēng)速也達(dá)到了48m/s（10分鐘平均）。這些說明臺風(fēng)對海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的破壞是常見的，也是巨大的。海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運維必須充分考慮其影響，并做好準(zhǔn)備。

 

　　02海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運維重點

 

　　海上環(huán)境特點決定了海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運維工作有一些需要特殊注意的重點。根據(jù)其特點，需要制定相應(yīng)的預(yù)防措施和維護(hù)方法。下文結(jié)合福建某海上項目的5MW機(jī)組，介紹該機(jī)組針對海上環(huán)境特點所進(jìn)行的運維工作。

 

 

　　海上環(huán)境條件惡劣，風(fēng)險高，所以海上運維工作要做好風(fēng)險防控措施。海上作業(yè)風(fēng)險很大，安全生產(chǎn)問題不容忽視。海上運維工作要用科學(xué)有效的方法進(jìn)行海上作業(yè)的風(fēng)險分析和安全評價，充分識別海上作業(yè)危險源，根據(jù)各種危險源可能發(fā)生的概率和后果，做好預(yù)防管理措施以及相應(yīng)的處置預(yù)案，并定期進(jìn)行演習(xí)演練。

 

　　海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運維涉及到多種特殊作業(yè)情況，運維工作人員需要滿足相應(yīng)的從業(yè)資質(zhì)要求。除了高處作業(yè)證、高壓電工證等常規(guī)特種作業(yè)證書的資質(zhì)要求之外，海上運維作業(yè)還需具備一些特殊的資質(zhì)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(jī)遇險逃生”5項安全培訓(xùn)，其中“救生艇筏操縱”和“直升機(jī)遇險逃生”可以根據(jù)具體設(shè)備配備情況選擇和免除培訓(xùn)。

 

　　海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運維還需要配備完善的安全設(shè)施。安全設(shè)施包括安全標(biāo)志和安全防護(hù)設(shè)備。安全標(biāo)志起到安全警示和規(guī)范安全作業(yè)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(biāo)識。安全設(shè)備主要用來保護(hù)人身設(shè)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(chǔ)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(guān)的運維安全設(shè)施。圖1左上為風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)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(dá)基礎(chǔ)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(shè)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(shè)施。圖1中下為機(jī)組的基礎(chǔ)承臺，承臺周邊設(shè)有防護(hù)欄桿，欄桿上常備救生圈。圖1右邊為張貼于塔筒進(jìn)門處的部分安全標(biāo)識。

 

 

 

　　海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運維工作受限于海洋環(huán)境影響，作業(yè)窗口期有限，有效作業(yè)時間短，因此運維作業(yè)需要周全計劃，并根據(jù)近期氣象信息隨時調(diào)整。據(jù)不完全統(tǒng)計，每年因海洋環(huán)境影響導(dǎo)致取消運維作業(yè)的次數(shù)達(dá)到20%。

 

　　風(fēng)機(jī)運維作業(yè)可以分為預(yù)防性維護(hù)和故障維護(hù)，預(yù)防性維護(hù)主要包括日常的定期維護(hù)和日常巡檢。由于潮汐作用，每天的浪高都不一樣。運維作業(yè)計劃要根據(jù)經(jīng)驗和當(dāng)?shù)貧v年浪高信息進(jìn)行預(yù)防性維護(hù)的計劃制定，選取每年中風(fēng)浪比較小的時間段，進(jìn)行集中的預(yù)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(qū)臺風(fēng)比較多，故該項目的定期維護(hù)一般安排在每年的4-6月進(jìn)行。具體到一天時間內(nèi)，早中晚各個時間的浪高也不一樣，需要每天關(guān)注相關(guān)的氣象信息，然后確定第二天是否可以進(jìn)行運維作業(yè)。如果可以進(jìn)行運維作業(yè)，需要根據(jù)風(fēng)浪等氣象信息，提前確定好出海時間和回岸時間，規(guī)劃好運維作業(yè)內(nèi)容，保證運維人員可以及時返航，不會滯留海上。故障維護(hù)一般來說不好提前預(yù)知，需要根據(jù)事故狀態(tài)進(jìn)行臨時維護(hù)。同樣，故障維護(hù)出海也需要預(yù)估工作時間，關(guān)注海浪信息，做好出海維護(hù)計劃。

 

　　2.3“三防”處理

 

　　“三防”一般是指對電子產(chǎn)品“防霉菌、防潮濕、防鹽霧”。而廣義上，對產(chǎn)品進(jìn)行表面處理，以降低或消除復(fù)雜環(huán)境對電子器件性能的不利影響。鑒于海上環(huán)境條件惡劣，“三防”設(shè)計尤為重要。雖然海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在設(shè)計源頭就考慮到海上不利環(huán)境的影響，做了諸多防護(hù)性方案和防護(hù)設(shè)計，但仍然避免不了機(jī)組在運行過程中出現(xiàn)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(guān)注，目測檢查機(jī)組各處油漆外觀、各密封處是否有泄露、機(jī)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(jī)組運行2年半之后出現(xiàn)的腐蝕情況，圖2上部從左到右依次為風(fēng)機(jī)樁腿海洋生物附著、風(fēng)機(jī)塔筒門口吊具和機(jī)組內(nèi)部緊固件銹蝕情況，圖2下部是機(jī)組頂部外面的結(jié)構(gòu)件和緊固件銹蝕情況。盡管機(jī)組在設(shè)計之初，已經(jīng)做好了詳細(xì)的防腐方案設(shè)計、試驗和評審，但由于生產(chǎn)制造質(zhì)量問題，加上長時間暴漏在海洋大氣環(huán)境中，涂層致密性差，難以抵擋水汽、氯離子等腐蝕介質(zhì)滲透到底材，導(dǎo)致風(fēng)機(jī)出現(xiàn)局部銹蝕，甚至發(fā)生金屬的質(zhì)量損失。所以，機(jī)組日常巡檢過程中，要時刻關(guān)注防腐情況，有問題及時處理，延長機(jī)組的防腐壽命。

 

 

　　由于海上災(zāi)害性天氣種類多，且發(fā)生頻次較高，所以災(zāi)害性天氣的機(jī)組保障運維工作一定要做好預(yù)案和管控，以免產(chǎn)生不必要的重大損失。針對我國海域，尤其是東南沿海地區(qū)，臺風(fēng)是最常見的破壞性氣象?？古_策略，包括在海上機(jī)組設(shè)計之初就會進(jìn)行抗臺機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計和控制策略設(shè)計，這是機(jī)組能夠抗臺的基因。關(guān)于抗臺設(shè)計，本文不做贅述，主要介紹抗臺運維措施。

 

　　抗臺機(jī)組必須有臺風(fēng)專項應(yīng)急預(yù)案，應(yīng)急預(yù)案應(yīng)根據(jù)各廠家機(jī)組的特點進(jìn)行詳細(xì)的臺風(fēng)運維處理措施。抗臺運維措施主要包括三方面：臺風(fēng)來臨前的檢查和準(zhǔn)備、臺風(fēng)期間的運維、臺風(fēng)過后的檢查和啟動流程。

 

　　臺風(fēng)來臨前需要按照相關(guān)設(shè)備廠家的要求進(jìn)行相關(guān)的制動器、剎車片和液壓狀態(tài)檢查，保證機(jī)組可以停機(jī)穩(wěn)定；臺風(fēng)來臨前還需要對機(jī)組的后備電源進(jìn)行檢查，并進(jìn)行停機(jī)測試，保證機(jī)組可以正常停機(jī)；臺風(fēng)來臨前還需要關(guān)注氣象部門的臺風(fēng)信息，根據(jù)需要，進(jìn)行手動或者自動停機(jī)。

 

　　臺風(fēng)期間，為了安全起見，工作人員需進(jìn)駐中控室監(jiān)視風(fēng)機(jī)、變壓器及電網(wǎng)狀況，隨時了解機(jī)組各項狀況，如發(fā)生緊急事件立即通報。在臺風(fēng)未離境及臺風(fēng)離境后未檢查風(fēng)機(jī)前禁止啟動風(fēng)機(jī)運行。如果臺風(fēng)期間電網(wǎng)斷電，在電網(wǎng)公司允許的情況下，應(yīng)立即通知當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)公司重送電源。

 

　　臺風(fēng)過后，應(yīng)首先進(jìn)行機(jī)組檢查，無問題后才能進(jìn)行啟動流程。機(jī)組檢查內(nèi)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(wǎng)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(jī)組內(nèi)部是否進(jìn)水，檢查控制系統(tǒng)是否正常，檢查系統(tǒng)在臺風(fēng)期間所有機(jī)組事件。檢查無誤后，依照廠家標(biāo)準(zhǔn)操作流程啟動機(jī)組。

 

 

　　海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組由于運維作業(yè)特殊，故需要更加完善的備件庫存體系。首先，根據(jù)前期的分析和經(jīng)驗統(tǒng)計，形成相應(yīng)機(jī)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(qū)倉庫、項目部倉庫的三級備件庫。當(dāng)現(xiàn)場出現(xiàn)部件損壞，需要備件更換的時候，如果是開關(guān)、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(qū)動齒輪箱等中等偏大部件需要更換時，可以三日內(nèi)從片區(qū)倉庫或者廠家發(fā)出備件，保證機(jī)組快速恢復(fù)運行。

 

 

　　海上環(huán)境危險性高、作業(yè)窗口期短、環(huán)境條件惡劣、災(zāi)害性天氣頻發(fā)，所以海上機(jī)組的運維更加復(fù)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(fēng)險防控、計劃周全，在平時的機(jī)組維護(hù)中，要關(guān)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(jī)組的故障率，提高海上機(jī)組的發(fā)電量。

 

 

　　[1]費智，符平。我國風(fēng)電發(fā)展的 態(tài)勢分析與對策建議[J].科技進(jìn)步與對策， 2011,28（10）： 65-68.Fei zhi,Fu Ping.The status quo and future policy of china’s wind power development[J].Science & Technology Progress and policy, 2011,28（10）： 65-68.

 

　　[2]北極星風(fēng)力發(fā)電網(wǎng)。MAKE重磅發(fā)布2016全球&中國風(fēng)電整機(jī)商排名[OL][2017.04.06]. http://mfd.bjx.com.cn/mnews/20170406/818645.shtml

 

　　[3]國家發(fā)展改革委?？稍偕茉?ldquo;十三五”發(fā)展規(guī)劃[OL].[2016.12.18].http://www.windhr.net

 

　　[4]劉學(xué)忠，王放文，張?zhí)忑埖取?MW海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)絕緣系統(tǒng)的海洋環(huán)境模擬試驗研究[J].高壓電器，2015.5.16

 

　　[5]葛珊珊，張韌。全球氣候變化背景下災(zāi)害性天氣變化及對海上風(fēng)電的影響[J].中國工程科學(xué)，2010年第12卷第11期