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海上風(fēng)電場運(yùn)行與維護(hù)成本探討
2011-01-10
來源:中國風(fēng)力發(fā)電信息網(wǎng)
瀏覽數(shù):1882
為了應(yīng)對每年偶爾發(fā)生的齒輪箱、發(fā)電機(jī)或完整機(jī)艙的更換,必需一艘起重船。但這樣的船只對于僅以O(shè)&M為目標(biāo)的工作而言成本過于高昂,因此,難點(diǎn)主要在于是否能夠確保:當(dāng)機(jī)組發(fā)生故障時,天氣剛好不壞,而且所需的起重機(jī)駁船又能借到。機(jī)組停運(yùn)期間就相當(dāng)于發(fā)電收入的減少,不能及時獲得相應(yīng)服務(wù)將會導(dǎo)致成本上揚(yáng)。
(二)供應(yīng)鏈
海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的供應(yīng)鏈,與飛機(jī)維護(hù)、修理和檢修(MRO)那樣的產(chǎn)業(yè)供應(yīng)鏈相比,成熟度相去甚遠(yuǎn),零部件和相關(guān)材料未必能確保準(zhǔn)時送貨。風(fēng)電場的運(yùn)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(yīng)的管理方案,擬最終實(shí)現(xiàn)機(jī)組原始設(shè)備制造商們(OEMs)按照定價合約提供所有的支持方案,使預(yù)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(nèi)歐洲的電力項(xiàng)目(一些推動海上風(fēng)能發(fā)展的地區(qū))集中于海上風(fēng)電能的供應(yīng)鏈建設(shè)。其目的在于彌合各地區(qū)間的差距,促進(jìn)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(xiàng)目主要關(guān)注于風(fēng)電場建設(shè),但一個健康的供應(yīng)鏈將使整個O&M受惠。
(三)可靠性
機(jī)組維護(hù)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(jìn)行的,而故障檢修則具有不可預(yù)見性,只有發(fā)生故障了才進(jìn)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(jì)劃,并謹(jǐn)慎實(shí)施;再通過環(huán)境監(jiān)測來確定機(jī)組出現(xiàn)的早期問題,以便及時采取行動進(jìn)行補(bǔ)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(jī)組的可靠性。Garrad Hassan的Colin Morgan稱:“讓技術(shù)人員們遠(yuǎn)離頻繁的小修小補(bǔ)對控制成本而言是件大事。”
用于海上風(fēng)電場的多兆瓦級機(jī)組,其靜態(tài)或動態(tài)的負(fù)載將是現(xiàn)有機(jī)組成比例的放大。在這些大型的機(jī)組中實(shí)現(xiàn)較高的可靠性對設(shè)計(jì)人員而言是相當(dāng)大的挑戰(zhàn),這也是來自O(shè)&M方面的目標(biāo)。那些風(fēng)力機(jī)零部件必須忍受持續(xù)運(yùn)行的長期工作,在大風(fēng)天氣中或者機(jī)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(jī)組的侵蝕。
所有這些因素都會導(dǎo)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(qū)動偏差發(fā)生進(jìn)一步的惡化。這較大型的設(shè)備中,這種情況更容易發(fā)生。因此,定期維護(hù)應(yīng)該包括一年一次的設(shè)備校正檢驗(yàn)。
(四)成本模型
荷蘭的Delft技術(shù)大學(xué)和ECN Wind Energy以500MW的DOWEC(荷蘭海上風(fēng)能轉(zhuǎn)換器)為參考案例,已經(jīng)獨(dú)立針對海上風(fēng)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(fēng)力機(jī)的尺寸和可靠性,選擇抵達(dá)電場的和維護(hù)電場的方法,確定離岸距離,水深,風(fēng)電場規(guī)模,風(fēng)/浪等氣候條件等相關(guān)因素。早期的模型建議:海上風(fēng)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(xué)被藝術(shù)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(fēng)能大會上,來自ECN風(fēng)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(jì)和控制海上風(fēng)電場運(yùn)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(chǔ)趨勢分析將會越來越強(qiáng)大。
面對電場運(yùn)營商不情愿談?wù)摍C(jī)組運(yùn)行故障的狀況,研究小組利用ECN在Wieringermaer的風(fēng)力機(jī)測試機(jī)構(gòu)(5臺Nordex的N80型風(fēng)力機(jī)以及一些來自其它制造商供應(yīng)的小型機(jī)祖)的機(jī)會,獲取詳細(xì)數(shù)據(jù),設(shè)定初始估計(jì)系統(tǒng)模型的基準(zhǔn)線。就像EWEC的代表所提到的,“海上風(fēng)電場的 O&M成本具有不確定性,并且具有極大的擴(kuò)散性。但是,一旦風(fēng)力機(jī)保質(zhì)期滿,或者風(fēng)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(jìn)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(hù)報告,負(fù)載測量以及氣象測量。像Nordex的N80型那樣的風(fēng)力機(jī)也已考慮到了90%的重要零部件,對其中每項(xiàng)內(nèi)容,如失效模型,失效速度,修理材料費(fèi),備用件、時間、人力、船舶及起重設(shè)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(yù)計(jì)海上風(fēng)電場的可利用率,優(yōu)化O&M策略,改進(jìn)人們對運(yùn)行風(fēng)險的理解。輸入環(huán)境條件,項(xiàng)目描述(如:風(fēng)電場數(shù)目、風(fēng)機(jī)數(shù)目、儲存和服務(wù)地點(diǎn)等),運(yùn)行和維護(hù)資源(如:人員、輪班系統(tǒng)、船只能力、備件庫存等),機(jī)組可靠性;由02M進(jìn)行波量合成,運(yùn)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(yùn)行周期等。
(五)專用離岸風(fēng)力機(jī)展望
一些風(fēng)能業(yè)內(nèi)人士預(yù)計(jì),最終用于海上風(fēng)電場的風(fēng)力機(jī)形式將會不同于目前的機(jī)型。目前的主流機(jī)型——“丹麥三葉上風(fēng)型葉輪”得到陸上風(fēng)電場的接受,是由于其在視覺上得到認(rèn)可,并通過緩慢轉(zhuǎn)動的葉輪將噪聲最小化。現(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(fēng)型葉輪型式也具有一定的優(yōu)勢,因?yàn)殡x岸風(fēng)力機(jī)更需要較快速轉(zhuǎn)動的葉輪,減輕齒輪箱的負(fù)荷,才能發(fā)揮更高的工作效率。
設(shè)備簡化有可能成為離案風(fēng)機(jī)的主要目標(biāo),來自BWEA的Gordon Edge補(bǔ)充到,“我們依然在等待真正的離岸風(fēng)力機(jī),它應(yīng)該是功率更為強(qiáng)大,5至7兆瓦級的,與現(xiàn)今的主流型式有所不同。它的結(jié)構(gòu)形式將更為簡潔,龐大,并可以獨(dú)立地長時間運(yùn)行。目前我們僅處于這種技術(shù)的初級階段”。Colin Morgan也同意這樣的觀點(diǎn),并表示,“目前的制造商們趨于采用陸上風(fēng)力機(jī)所派生的機(jī)組,應(yīng)用于海上風(fēng)電場建設(shè)。但我們需要的是不同于目前的機(jī)型。此外,機(jī)組的可靠性與O&M成本的最小化是最為首要的”。
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