一、引言

風能是國內(nèi)外可再生能源中發(fā)展速度最快的可再生能源，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之一。隨著不可再生資源的逐漸匱乏以及環(huán)境污染破壞的加劇，風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注和研究。截至2019年末，我國并網(wǎng)風電裝機容量21005萬千瓦，同比增長14.0%。

經(jīng)過數(shù)年的發(fā)展，我國陸上風電面臨建設用地資源緊張的困境。與此同時，我國海岸線長，海上風資源豐富，海上風電具有占地面積少、開發(fā)規(guī)模大、發(fā)電利用小時數(shù)高等特點，加上國家政策利好，我國海上風電開發(fā)建設漸入佳境。國家發(fā)改委可再生能源發(fā)展“十三五”規(guī)劃指出：要求積極穩(wěn)妥推進海上風電開發(fā)，到2020年，海上風電開工建設1000萬千瓦，確保建成500萬千瓦。

根據(jù)世界海上風電論壇（WFO）公布最新全球海上風電統(tǒng)計數(shù)據(jù)，截至2019年底，全球海上風電累計裝機容量27.2GW，比2018年底的數(shù)字增長了24%，2019年，全球海上風電新增裝機容量5.2GW，單年新增裝機創(chuàng)歷史新高。截至2019年底，全球共有23個在建海上風電項目，共7GW，其中13個項目在中國，全球已投運海上風電場共146個。全球共有10個已投運、在建、規(guī)劃中的浮式海上風電項目（不包括示范項目），超過1GW。

綜上，海上風電發(fā)展已經(jīng)受到了全球的重視，發(fā)展速度越來越快。與此同時，由此衍生出來的海上風力發(fā)電機組并網(wǎng)發(fā)電后的運維相關問題也受到了廣泛的關注。惡劣的維護環(huán)境和高難度的維護方式等原因，造成海上風力發(fā)電機組相對于陸上來說故障率更高。并且，隨著海上風電的發(fā)展，海上風電場建設不得不轉(zhuǎn)移到離岸更遠的地方、更深的水域。隨之而來的，是更遠的運輸距離、更惡劣的氣候條件、更嚴峻的物流挑戰(zhàn)，運維成本將會大幅增加。在這種發(fā)展趨勢下，如何降低海上風力發(fā)電機組的運維成本，提升海上風電場的效益，成為了擺在大家面前的現(xiàn)實問題。這也是海上風電投資開發(fā)商重點關注的問題。

本文將通過對目前海上風力發(fā)電機組運維現(xiàn)狀的分析，提出其未來的發(fā)展策略。

二、我國海上風電運維現(xiàn)狀

我國海上風電場運行周期大多為25年，其并網(wǎng)發(fā)電后運維的主要模式為：風力發(fā)電機組通過240/250h試運營至五年質(zhì)保期內(nèi)由風力發(fā)電機組整機廠商提供質(zhì)保服務，質(zhì)保期外由風電場投資開發(fā)商自行招聘人員運維或通過尋找第三方運維服務商提供運維服務，第三方運維服務商包括風力發(fā)電機組整機廠商、專業(yè)運維公司等。

海上風電場整體運行維護成本較高，是同等裝機容量陸上風電場的2倍以上，一方面是海上風電特殊環(huán)境影響（如高鹽霧高濕度對設備的影響，天氣因素對維修窗口期的影響）造成設備可靠性差、故障率高、維修周期長、維修工藝復雜，另一方面也受到機組可靠性尚未充分驗證、運維團隊專業(yè)性還需提升、遠程故障診斷和預警能力還不健全等因素影響。

1、海上風力發(fā)電機組的可靠性尚未充分驗證，故障率高。

我國國內(nèi)已并網(wǎng)運營的海上風電場，使用的風力發(fā)電機組大多為陸上風力發(fā)電機組經(jīng)適應海上環(huán)境改造而成，從運行業(yè)績來看，機組運行試驗周期較短，還沒有經(jīng)過充分的試驗和驗證。并且，海上風力發(fā)電機組在產(chǎn)品設計和制造階段對全生命周期成本、特殊海洋環(huán)境條件（如涂層和防腐）的適應性設計等方面因素考慮不足，又使用在復雜惡劣的海上環(huán)境，導致風力發(fā)電機組故障率居高不下，運維工作量高，增加了運維成本。

并且，業(yè)主基于對海上風電場建設投資成本的考量，加上風力發(fā)電機組主機廠商相互間的競爭，導致海上風力發(fā)電機組和陸上風力發(fā)電機組一樣，采購中標價格不斷的下降，由此必然導致風力發(fā)電機組整機配置的降低和大量使用廉價質(zhì)平的部件，從而降低了風機整機的可靠性。

2、海上風力發(fā)電機組的運維尚無可操作性強的行業(yè)標準，運維團隊專業(yè)性還需提升。

（1） 目前，我國海上風電場建設、驗收和運維，均缺乏現(xiàn)行有效的、具備可操作性的行業(yè)標準。開發(fā)商、施工單位、設計院、整機廠商等都按照各自的理解進行風電場的建設、驗收和運維，銜接不清、驗收粗糙，給項目的后續(xù)運維增加了難度。

（2） 海上風力發(fā)電機組運維人員缺乏維護經(jīng)驗、缺少有效的技能培訓和運維標準文件的指導，導致其專業(yè)素質(zhì)較低、維護管理能力欠缺，造成風力發(fā)電機組維修周期過長、發(fā)電量損失較多，直接影響風電場發(fā)電收益。

（3） 目前，海上風力發(fā)電機組運維基本照搬陸上力發(fā)電機組運維經(jīng)驗，采取周期性計劃檢修為主、突發(fā)性故障檢修為輔的運維模式：即力發(fā)電機組運維人員根據(jù)風力發(fā)電機組標準化作業(yè)指導書指定的定檢周期對風機進行計劃性保養(yǎng)和測試，若風力發(fā)電機組出現(xiàn)臨時故障，運行人員則通知運維人員前往現(xiàn)場處理。長期以來，我國電力行業(yè)都是實行為主的檢修體制，預防性計劃檢修對缺陷消除、風力發(fā)電機組安全運行起到了有效的促進作用，但也有明顯的弊端，主要表現(xiàn)在維修過度、欠維修及盲目維修等。

3、風力發(fā)電機組遠程故障診斷和預警能力不健全，檢修環(huán)境差，檢修難度大。

（1） 當前，海上風力發(fā)電機組的維護模式仍以定期維護和故障檢修的“被動式運維”為主。雖然風電場開發(fā)商、風力發(fā)電機組廠商以及風力發(fā)電機組部分關鍵大部件生產(chǎn)商都逐步開始建立故障診斷和遠程預警能力，但受限于海上風力發(fā)電機組運行、故障數(shù)據(jù)積累匱乏等原因，當前的故障診斷和遠程預警體系和水平尚不足以支撐海上風力發(fā)電機組運維成本的大幅降低。

（2） 海上風力發(fā)電機組運維作業(yè)受潮汐影響明顯，既有臺風等惡劣工況，還存在較多的大風、團霧、雷雨天氣，又有大幅淺灘，遠海通達困難，交通設備選擇困難，海上維護作業(yè)有效時間短，安全風險大且缺乏大型海上風力發(fā)電機組維護裝備。

（3） 由于海上交通因天氣海況，存在極大的不確定因素，往往因為一個空開斷開，導致海上風力發(fā)電機組停機連續(xù)停機的情況常常發(fā)生。如果單臺風力發(fā)電機組報故障，運維人員前往處理故障，會導致來回交通成本巨大，對風電場的效益產(chǎn)生極大的影響。此外，海上風力發(fā)電機組的大部件更換成本巨大，無論是在海上風電相對成熟的歐洲，還是快速發(fā)展的中國，因為大部件供應鏈可靠性低，甚至整機設計的缺陷，導致大部件需要在海上進行更換。海上風力發(fā)電機組大部件的更換，除了大部件本身的成本外，還要考慮大型吊裝船施工的手續(xù)及費用、海上運輸費用、養(yǎng)殖戶補償以及天氣窗口因素等，加上風力發(fā)電機組長期停機造成的發(fā)電量損失，都增加了海上風電場的運營成本、降低了風電場的收益。

4、海上風力發(fā)電機組運維必須借助船、直升機等運輸工具，維護費用高。

從陸上到海上的交通方式，風力發(fā)電機組運維商往往有4種選擇：風電場建設施工船、專門的服務船只、直升機接送服務、母艦類型的船只。但是不論選擇哪種運輸方式都意味著相應的技術路徑和資金投入。

（1） 租用建設施工船往往成本較高，因為當前海上風力發(fā)電機組建設施工船都朝著大型化發(fā)展，專門的海上風力發(fā)電機組安裝船一次最多可以裝載10 臺風力發(fā)電機組，僅為了維修某臺風力發(fā)電機組就動用顯然是“大材小用”。除此之外，海上風力發(fā)電機組建設施工船還容易受天氣情況和海況的限制。

（2） 就專門的服務船只而言，雙體海上風電工程專用船和三體船往往更受到海上風力發(fā)電機組運維商的青睞。在距離海岸較近的地方，例如半個小時左右的航程內(nèi)，專門的服務船只也更具成本優(yōu)勢。但是，在距離陸地較遠的海上風電場，例如兩小時以上的航程中，專門的服務船的燃油消耗就會推高使用成本。另外，在長距離航行中，專門的服務船受天氣和海況影響的可能性很大：出發(fā)時還風平浪靜，行至半途甚至快到作業(yè)現(xiàn)場時卻因天氣突變而不得不折返（因為在天氣惡劣、海況差的情況下航行，這種服務船只的安全性也會變差），造成成本浪費。在德國甚至有過服務船撞上風力發(fā)電機組基座的事情發(fā)生。更主要的是，這些專門的服務船的運載能力有限，一些大的零部件和維修設備超出了這種船只的承載能力。

（3） 動用直升機的確很靈活，但卻是非常昂貴且存在高風險的選擇。最大的缺陷是直升機無法降落在風力發(fā)電機組的機艙上，再考慮到燃油的供給，完成一次維修往往要折返多次。

（4） 母艦類型的船只應該是未來的發(fā)展方向，但是這種大型的船只也有自身的缺點。首先，它的使用仍然受限于天氣狀況，有經(jīng)驗表明，這種類型的船只仍只能在海浪不高的情況下裝載或者卸載。其次，在母艦波動較大的情況下，直升機起落的危險性也較大。另外，這種母艦是維護船舶和直升飛機的避風港，但本身不能進行任何重大渦輪機維修或者更換，只能起到簡單的維修和大部件運輸。

三、應對措施

基于以上的現(xiàn)實困境，可以采取以下措施，提升海上風力發(fā)電機組的運維能力，從而降低海上風力發(fā)電機組的運維成本。

1、在設計階段選用可靠性強的風力發(fā)電機組，不吝投資。

海上風力發(fā)電機組的可靠性是先天因素，可以說格外重要。首先，提倡海上風力發(fā)電機組一定要高配，不要因為海上風電電價的影響打價格戰(zhàn)，降低風力發(fā)電機組的配置，從風電場的整個生命周期來說，得不償失。其次，要優(yōu)選經(jīng)過長期運行驗證過的海上風力發(fā)電機組廠家生產(chǎn)的產(chǎn)品，只有運行經(jīng)驗長的風力發(fā)電機組才具有高的可靠性。很多新推出的海上風力發(fā)電機組，在并網(wǎng)后兩年內(nèi)基本不會有問題，但隨后在很多細節(jié)上，比如涂層、防腐、大部件可靠性等問題上會逐漸暴露。

2、建立健全風力發(fā)電機組的質(zhì)量管理體系，加速產(chǎn)品優(yōu)化升級。

應建立供應鏈質(zhì)量管理體系、運維質(zhì)量管理體系以及風力發(fā)電機組整機設計、生產(chǎn)、制造等質(zhì)量管理體系。風力發(fā)電機組出現(xiàn)的故障，要通過成熟可靠的管理體系，進行徹底的根本原因分析，從源頭和設計上進行解決，并實現(xiàn)產(chǎn)品的快速迭代更新。

3、加強海上風力發(fā)電機組運維培訓，提升檢修技能。

（1） 連續(xù)總結海上風力發(fā)電機組的運維實踐經(jīng)驗，建立一整套行業(yè)統(tǒng)一的海上風力發(fā)電機組運維作業(yè)標準和規(guī)范，對海上風電場施工及風力發(fā)電機組運維作業(yè)的安全（如出海作業(yè)人員資質(zhì)、培訓要求，海上人員交通船的資質(zhì)準入、硬件配置、出海條件等）、技術（如驗收規(guī)范、海上防腐、電氣防護）、質(zhì)量要求進行統(tǒng)一規(guī)定。

（2） 建設具備成熟的海上EHS規(guī)范以及運維技能培訓的海上風力發(fā)電機組培訓中心，為海上開發(fā)商、整機廠商及零部件供應商、安裝公司、監(jiān)理、第三方運維公司等所有海上風力發(fā)電機組運維人員提供培訓，帶動中國整個海上風力發(fā)電機組運維能力的提升和改進。同時，在每一個海上風電場實施前，開發(fā)商、監(jiān)理、安裝公司全體作業(yè)人員應接受至少3輪的安裝、調(diào)試、運維的作業(yè)技術交底及技能、安全培訓。

4、優(yōu)化檢修方案，縮短檢修時間。

海上風力發(fā)電機組的計劃檢修和故障檢修均需要大量的人力、物力、財力支撐。隨著風電場投資商提高經(jīng)濟效益的需要和科學技術的進步，海上風力發(fā)電機組運維方式應逐步向以狀態(tài)檢修為主、計劃檢修與故障檢修為輔轉(zhuǎn)變。

（1） 狀態(tài)檢修是以設備狀態(tài)為基礎，根據(jù)對潛伏性故障的離線測量和在線監(jiān)測的結果，結合巡檢數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、實時數(shù)據(jù)等技術，對設備進行狀態(tài)評估，并以此來指導安排設備檢修周期和項目維修問題。狀態(tài)檢修通過對設備結構特點、運行情況、監(jiān)測數(shù)據(jù)分析等綜合分析，確定設備是否需要檢修，檢修中需要進行哪些項目，具有很強的針對性，可以取得較好的檢修效果。特別在海上風力發(fā)電機組的運維上，風力發(fā)電機組運維人員根據(jù)風力發(fā)電機組運行數(shù)據(jù)、各點監(jiān)測情況，統(tǒng)一安排對多臺風力發(fā)電機組進行狀態(tài)檢修，可大大節(jié)約交通成本，提高風力發(fā)電機組發(fā)電效率。

（2） 推廣汽車4S店“一站式”風力發(fā)電機組大部件更換服務。通過狀態(tài)監(jiān)測的振動預警系統(tǒng)，對風力發(fā)電機組關鍵部件早期故障進行預警；開展大部件故障空中維修、更換工藝的研發(fā)，降低運維成本；整合安全、船舶、工藝技術、工裝工具、物料、人員等要素，提供一站式大部件更換服務，縮短檢修時間。

5、依托數(shù)據(jù)中心建設現(xiàn)場，提高故障預警診斷能力，實現(xiàn)智慧運維。

依托海上風電場監(jiān)控中心，建立海上風力發(fā)電機組智慧運營數(shù)據(jù)中心，并逐步覆蓋周圍的所有風電場的風力發(fā)電機組。通過多數(shù)據(jù)源的風力發(fā)電機組運維大數(shù)據(jù)的采集、分析和計算（包括SCADA 數(shù)據(jù)、風功率預測數(shù)據(jù)、狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)、預防性試驗數(shù)據(jù)，以及歷史維護記錄、異常運行記錄、故障檢修記錄、缺陷記錄等非結構化數(shù)據(jù)），實現(xiàn)專家知識庫的積累共享，及時進行工單推送，實現(xiàn)風力發(fā)電機組各類故障預警、智能診斷和壽命預測等功能，指導風力發(fā)電機組運維人員進行標準化作業(yè)，也方便運維相關方對整個風電場的運營業(yè)績進行有效評估，不斷優(yōu)化運維策略。

四、未來趨勢

隨著我國海上風電場建設規(guī)模的增加，海上風力發(fā)電機組運維市場也將不斷增長，運維能力、運維規(guī)模、運維模式都會有很大的增長，運維成本也將逐步降低，為海上風電“平價上網(wǎng)”模式的推進，發(fā)揮重要的作用。

1、海上風電行業(yè)將會愈加關注風力發(fā)電機組全生命周期整體解決方案。

除了關注質(zhì)保期內(nèi)的風力發(fā)電機組運維，風力發(fā)電機組整機廠商和風電場投資商也越來越重視海上風力發(fā)電機組全生命周期的運維解決方案。從歐洲的發(fā)展趨勢看，風力發(fā)電機組整機廠商與風電場投資商簽訂“5+N”的長期運維協(xié)議，即將五年質(zhì)保期后的運維繼續(xù)交由整機廠商，保證風電場運行穩(wěn)定和發(fā)電效率。

海上風力發(fā)電機組達到設計使用壽命后，一般有三種選擇方案：一是更換部分風力發(fā)電機組的設備進行壽命延長從而繼續(xù)發(fā)電；二是風力發(fā)電機組設施全部更換，用新的單機容量更大的風力發(fā)電機組替換舊的風力發(fā)電機組；三是風力發(fā)電機組完全退役。未來行業(yè)將從風電場的規(guī)模和類型、離岸距離、風資源、法規(guī)政策、電價、運營成本、盈利能力評估以及原有風力發(fā)電機組基礎設施可以重復使用的程度等因素綜合考慮判斷何種方案。

2、風力發(fā)電機組深遠海運維模式和裝備能力如何提升將是下一階段發(fā)展重點。

海上風電將向更遠、更深的海域發(fā)展，將有更多的深遠海風力發(fā)電機組運維模式和裝備出現(xiàn)，以實現(xiàn)風力發(fā)電機組運維效率的最大化。如基于“服務作業(yè)母船（SOV）”的深遠海運維方案，實現(xiàn)50~60名風力發(fā)電機組運維工程師長時間同時在海上進行作業(yè)、住宿、生活，并且提供移動倉儲服務，確保工具、物料滿足運維需求。

例如：2020年8月12日，在國內(nèi)首艘海上風電運維母船設計方案定審會上，我國七〇二所項目組的產(chǎn)品與國外設計單位同臺競技，項目組技術人員進行了方案匯報和現(xiàn)場答疑，最終憑借獨具特色的SWATH母船設計方案，得到在場評審專家一致肯定，獲得該批量船的設計任務。根據(jù)設計方案，船總長約78米，船寬約28米，排水量3000噸級，設計航速大于13節(jié)，采用“GOLF”SWATH船型。凝結中國智慧，展現(xiàn)中國品質(zhì)。本船是國內(nèi)風力發(fā)電機組運維行業(yè)首次以小水線面雙體船型作為運維母船，是中國造新一代“海上移動智慧平臺”，突破了多項國外風力發(fā)電機組運維船“卡脖子”技術，整船設備國產(chǎn)化率將達到98%以上，并提出中國海上風力發(fā)電機組運維母船方案設計的新標準，具有里程碑式的意義。運維母船建成后，與批量運維子船協(xié)同作業(yè)，形成獨具中國特色的海上風電運維作業(yè)系統(tǒng)，將助推中國海上風電運維產(chǎn)業(yè)，與國際先進接軌、與世界賽跑。

對此，我相信未來會還會有更多的專業(yè)化、智能化海上風力發(fā)電機組運維裝備研制推出，從而實現(xiàn)海上運維的降本增效。如空中維修更換大部件的工裝工具、水下檢測機器人、無人機智能巡檢、波浪補償棧橋、海上換油裝備等。

3、全面形成基地化檢修模式，最大程度縮短檢修時間。

未來，海上風力發(fā)電機組運維市場還會由風力發(fā)電機組整機廠商、風場投資商自有運維公司、專業(yè)運維公司共同參與。但是，質(zhì)量、技術、供應鏈因素和海上風力發(fā)電機組集群式規(guī)模效應，將使得風力發(fā)電機組整機廠商在海上風力發(fā)電機組運維領域優(yōu)勢凸顯。長遠來看，未來海上風力發(fā)電機組運維將仍以風力發(fā)電機組整機廠商為主；但投資商成立的專門運維公司（或者與整機廠商合資運營的運維公司），也會占據(jù)一定的市場份額。專業(yè)風力發(fā)電機組運維公司運維或憑借在某一專項技術細分領域的優(yōu)勢，成為未來海上風力發(fā)電機組運維生態(tài)圈的重要補充。

未來，海上風力發(fā)電機組的運維行業(yè)將從粗放型向精益化方式轉(zhuǎn)變。海上風力發(fā)電機組運維因出海窗口期的原因，存在人員工時浪費、停機時間過長等情形。精益化管理的核心在于通過對運維現(xiàn)狀的有效分析減少各種形式的浪費，確定有效的運維流程，使運維管理標準化。同時，通過智慧運維管理平臺，形成故障預警、智能診斷、運維策略優(yōu)化、解決方案和備件庫存控制的“4S一站式”運維服務，區(qū)域內(nèi)風電場集中管控、各投資商聯(lián)合合作，實現(xiàn)效益增值。

五、總結

海上風力發(fā)電機組運維的終極目標是：在風力發(fā)電機組全壽命周期內(nèi)，有效降低運維成本，降低發(fā)電損失，提升風力發(fā)電機組的發(fā)電量，從而提高投資商的收益。為了解決海上風力發(fā)電機組運維的難題，我們依然需要不斷創(chuàng)新海上風力發(fā)電機組運維模式，圍繞提升運維服務展開相關工作，從而形成全面的海上風電運維解決方案。