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海上風電場運行與維護成本探討

2011-01-10 來源:中國風力發(fā)電信息網(wǎng) 瀏覽數(shù):1935

  為了應對每年偶爾發(fā)生的齒輪箱、發(fā)電機或完整機艙的更換,必需一艘起重船。但這樣的船只對于僅以O&M為目標的工作而言成本過于高昂,因此,難點主要在于是否能夠確保:當機組發(fā)生故障時,天氣剛好不壞,而且所需的起重機駁船又能借到。機組停運期間就相當于發(fā)電收入的減少,不能及時獲得相應服務將會導致成本上揚。
  (二)供應鏈
  海上風力發(fā)電機組的供應鏈,與飛機維護、修理和檢修(MRO)那樣的產業(yè)供應鏈相比,成熟度相去甚遠,零部件和相關材料未必能確保準時送貨。風電場的運營商們試圖在岸上庫存足夠的零部件以備替換之需,目前這在研究相應的管理方案,擬最終實現(xiàn)機組原始設備制造商們(OEMs)按照定價合約提供所有的支持方案,使預算成本更合理化。
就像Douglas-Westwood公司的能源分析人員Adam Westwood所指出的,目前三年內歐洲的電力項目(一些推動海上風能發(fā)展的地區(qū))集中于海上風電能的供應鏈建設。其目的在于彌合各地區(qū)間的差距,促進未來的相互合作。盡管這個由歐洲區(qū)域發(fā)展基金出資的項目主要關注于風電場建設,但一個健康的供應鏈將使整個O&M受惠。
 ?。ㄈ┛煽啃?br />   機組維護共分為兩種類型:定期檢修和故障檢修。定期檢修是根據(jù)事先安排進行的,而故障檢修則具有不可預見性,只有發(fā)生故障了才進行,因此通常成本比較高昂。為了盡可能的減少故障檢修,可以制定周密的定期檢修計劃,并謹慎實施;再通過環(huán)境監(jiān)測來確定機組出現(xiàn)的早期問題,以便及時采取行動進行補救。
  同樣重要的是,在研發(fā)和工程周期中的每個階段都力求確保機組的可靠性。Garrad Hassan的Colin Morgan稱:“讓技術人員們遠離頻繁的小修小補對控制成本而言是件大事。”
  用于海上風電場的多兆瓦級機組,其靜態(tài)或動態(tài)的負載將是現(xiàn)有機組成比例的放大。在這些大型的機組中實現(xiàn)較高的可靠性對設計人員而言是相當大的挑戰(zhàn),這也是來自O&M方面的目標。那些風力機零部件必須忍受持續(xù)運行的長期工作,在大風天氣中或者機組剛開始啟動時扭矩的快速變化,以及周圍環(huán)境中鹽霧對機組的侵蝕。
  所有這些因素都會導致平均連續(xù)可用小時數(shù)(MTBF)和疲勞壽命的縮短。這樣的情況還會由于靜態(tài)或動態(tài)的驅動偏差發(fā)生進一步的惡化。這較大型的設備中,這種情況更容易發(fā)生。因此,定期維護應該包括一年一次的設備校正檢驗。
  (四)成本模型
  荷蘭的Delft技術大學和ECN Wind Energy以500MW的DOWEC(荷蘭海上風能轉換器)為參考案例,已經獨立針對海上風電場成本的建模。該模型考慮了定期檢修和故障檢修,揭示了根據(jù)風力機的尺寸和可靠性,選擇抵達電場的和維護電場的方法,確定離岸距離,水深,風電場規(guī)模,風/浪等氣候條件等相關因素。早期的模型建議:海上風電場的 O&M成本將占據(jù)每度電價的25%至30%,而陸上的僅占據(jù)10%至15%。盡管目前牽涉到一些不確定性,使得建模這種科學被藝術化,一旦可行性分析用于確定不確定性的邊界,一些工具未必奏效。
  在2006年的歐洲風能大會上,來自ECN風能的報告闡明,正在開發(fā)中的O&M成本估算系統(tǒng)可以幫助估計和控制海上風電場運營商的 O&M成本,用于幫助確定意外故障發(fā)生頻率的基礎趨勢分析將會越來越強大。
  面對電場運營商不情愿談論機組運行故障的狀況,研究小組利用ECN在Wieringermaer的風力機測試機構(5臺Nordex的N80型風力機以及一些來自其它制造商供應的小型機祖)的機會,獲取詳細數(shù)據(jù),設定初始估計系統(tǒng)模型的基準線。就像EWEC的代表所提到的,“海上風電場的 O&M成本具有不確定性,并且具有極大的擴散性。但是,一旦風力機保質期滿,或者風電場被出售,對O&M成本有所了解將對制定合適的 O&M戰(zhàn)略起到重要促進作用”。
  評估系統(tǒng)里面承載了所有可能的信息源——SCADA系統(tǒng)數(shù)據(jù),控制與情況監(jiān)測數(shù)據(jù),維護報告,負載測量以及氣象測量。像Nordex的N80型那樣的風力機也已考慮到了90%的重要零部件,對其中每項內容,如失效模型,失效速度,修理材料費,備用件、時間、人力、船舶及起重設備成本,都有所涉及。
  GARRAD HASSAN公司開發(fā)的O&M優(yōu)化分析工具02M,可以預計海上風電場的可利用率,優(yōu)化O&M策略,改進人們對運行風險的理解。輸入環(huán)境條件,項目描述(如:風電場數(shù)目、風機數(shù)目、儲存和服務地點等),運行和維護資源(如:人員、輪班系統(tǒng)、船只能力、備件庫存等),機組可靠性;由02M進行波量合成,運行仿真模擬;最終輸出電場可利用率,發(fā)電量和損失的發(fā)電量,成本、資源及備件的使用,電廠運行周期等。
 ?。ㄎ澹S秒x岸風力機展望
  一些風能業(yè)內人士預計,最終用于海上風電場的風力機形式將會不同于目前的機型。目前的主流機型——“丹麥三葉上風型葉輪”得到陸上風電場的接受,是由于其在視覺上得到認可,并通過緩慢轉動的葉輪將噪聲最小化?,F(xiàn)今的狀態(tài)是以量取勝。但是,它并非唯一的選擇。據(jù)稱兩葉下風型葉輪型式也具有一定的優(yōu)勢,因為離岸風力機更需要較快速轉動的葉輪,減輕齒輪箱的負荷,才能發(fā)揮更高的工作效率。
  設備簡化有可能成為離案風機的主要目標,來自BWEA的Gordon Edge補充到,“我們依然在等待真正的離岸風力機,它應該是功率更為強大,5至7兆瓦級的,與現(xiàn)今的主流型式有所不同。它的結構形式將更為簡潔,龐大,并可以獨立地長時間運行。目前我們僅處于這種技術的初級階段”。Colin Morgan也同意這樣的觀點,并表示,“目前的制造商們趨于采用陸上風力機所派生的機組,應用于海上風電場建設。但我們需要的是不同于目前的機型。此外,機組的可靠性與O&M成本的最小化是最為首要的”。

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