风电运维船

风电运维船

      海上风电运维船是用于海上风力发电机组运行维护的专用船舶。该船舶在波浪中应具有良好的运动性能，在航行中具有很好的舒适性，能够低速精准地靠泊到风力发电机组的基础，防止对基础造成较大冲击，并能够与基础持续接触，能够安全便利地将人员和设备运送到风力发电机组；船舶甲板区应具有存放工具、备品备件等物资的集装箱或风力发电机组运维专用设备的区域，并可以进行脱卸；船舶还应具有运维人员短期住宿生活的条件和优良、舒适的夜泊功能。

      海上风电运维船的主要用途：为海上风场风电机组运行维护提供便利条件，最大程度缩短及降低运维时间及成本。运输及储藏电器模块及油品，维修工具、日常供给物品等；运输工程师、技术人员和项目组工作人员，及考察团人员等；为工作人员提供食宿休息、伤员紧急救助；风场火灾紧急救助等。

      目前国内海上风电运维船以专业双体运维最为适用，特点是安全性，适用性，经济性，具有良好的稳性以保证维护人员安全登上风机。双体船具有甲板面积大，布置宽敞，稳性好，吃水浅，具有较高航速，能承受较大的风浪能力，保障海上作业时人员的安全，同时双体船具有良好的操控性，使用可靠，维修方便等特点，这样的船体形式，无能在船舶静止或者海上航行状态，都可确保较小的移动幅度，今年来大都用于安全要求高，航速要求快的高速客船上。

普通运维船

      1、普通运维船

      泛指用于海上风电工程或运维的交通艇，典型特征为航速较低，普通舵桨推进，耐波性差，靠泊能力差，装载能力差，安全性差。

专业双体运维船

      2、专业双体运维船

      指用于海上风电工程或运维的专业船舶，典型特征为双体：稳性好，航速中等，大约13-15节；靠泊能力强，有效波高1.5米至2米；甲板面积大，可搭载各种专业运维设备及物资，可拓展性强；船体钢或钢铝混合，优点建造成本低，运营成本低；可居住10个运维人员，适合离岸距离10-20海里内的近海风电场。

      3、高速专业双体运维船

      用于离岸20海里以上的海上风电场运维专业船舶，此种船舶典型特征为航速较高（25节以上）；喷水推进或螺旋桨推进，船体为小水线面机构，耐波性好（能在8节风3米海浪中正常航行），靠泊能力强，抗风浪强，船体为全铝构造，可做日常运维船，也可做居住船的交通船及应急救生船；缺点是建造与运营成本略高。

运维母船

      用于远海海上风电运维，供人员住宿，存放备件的较大型船舶，典型特征为可提供40人以上的住宿，具备一个月以上自持力，靠泊能力优异（有效波高2.5米以上），具备DP定位及补偿悬梯传送人员功能，安全性高。缺点是建造与运营成本很高，国外海上风电也应用不多，目前国内海上风电不适用。

      5、居住船

      居住船是国内海上风电场的现状衍生出的适合离岸20-50海里的海上风电场，双体船机构，稳性好，安全性高，作业面积大，居住空间大；可居住50人，船舶功能齐全，有单人，双人居住间，独立卫生间，厨房，餐厅，健身房，影视厅，棋牌娱乐室，洗衣间，冷冻仓库，大小会议室，办公室，配件仓库，设备工具间；后甲板作业区备有中型吊机，可安放3条水路两用船或3辆水陆两用车；备有应急救生快艇，勘探设备，潜水设备（船舶可四锚定位）；前作业甲板可放置多个风机运维集装箱设备，测试备用发电机组。船舶优点：功能性强，移动方便，运维成本低（减少多条运维船舶每日往返的燃油成本），海上持续能力20天，续航能力500海里。

      6、自升式运维船

      主要用于海上风电运维的大部件更换（齿轮箱、，叶片，发电机等）的船舶，典型特征为具备一定的起重能力，拥有自升式平台，能适应水深40米左右的大多数海域作业；适合离岸距离远，水深40米左右的海上风电场；优点是作业范围广，海上居住舒适性强，安全性高；缺点是：建造与运营成本高。

各区域环境情况

      运维船配置的一般原则是：天气较好、离岸较近的采用普通运维船，天气复杂、离岸较近的采用先进的专业运维船，天气较好、离岸较远的采用普通运维船或专业运维船和运维母船，天气较复杂、离岸较远的采用专业运维船和运维母船。

      影响运维船参数的环境因素主要包括距离、水深、波高、风况等。一般而言抗风能力超过抗浪能力，所以波高是更关键的因素。国内风电场主要集中在黄海北部、渤海湾、黄海、福建和广东等区域（各区域环境情况见表1、表2）。

      根据环境情况、运维船的航速、运维船环境适应能力等条件、机组数量、机组性能、运维能力等因素建立了一个可利用率的估算模型，通过该模型计算出来的某海上风电场的相关数据（见表3）。从中可以看出，机组单台年故障次数超过5次时采用普通运维船可利用率小于95%；如果采用专业运维船，单台年故障次数为5次时可利用率超过96%，当机组单台年故障次数3次，可利用率可以达到98%。

      运维船配置的一般原则是：

      一、江苏沿海

      此海域大多为潮汐带，工作水位从0-20米不等，风速3-7m/s,波高为0.5-4.6m,早期风场离岸距离3-50km,波周期的平均值为3.1s,全年安全出海时间约为160天左右，全年可作业时间约为220天左右；此区域适合使用专业双体风电运维船，高速专业双体运维船，居住船；例1：中广核如东海上风电场，标准双十海上风电场，离岸十海里，水深十米，适合使用专业双体运维船，日常运维时码头到风场的航行时间在1小时左右，集中检修时可夜泊风场，减少来回时间与燃油的消耗。例2：龙源大丰项目，离岸距离40km左右，风机区域有深水区，浅水区，露滩区多种海况，风机数量多，需要的运维人员多，日常运维时需要多条运维船舶往来，最佳的配置是1条居住船，1条高速专业双体运维船做人员来往及应急救生，2条搭配水陆两用车的专业双体运维船，此方案可快速响应半小时内到达任何1个机位，减少燃油成本，既高效又经济。

      二、福建，广东，浙江海域

      此水域海域情况复杂，岛礁，暗礁多，涌浪大，水流急，风浪大，水深在10-50米内，年平均风速8.0m/s，平均浪高2.0m，早期风场离岸距离为3-30km.全年安全出海作业时间约为140天左右，全年可作业时间约为200天左右。此区域适合专业双体运维船与高速专业双体运维，自升式运维船。早期项目离岸距离近，浪高，风大，适合快速，抗风浪的船舶运维。

      三、北方沿海

      此水域优于多风的福建，潮汐带的江苏沿海，但北方沿海水域冬天有冰冻现象，所有运维船舶需在艏部增加B级冰区加强的破冰功能。船舶需增加保暖防冻功能。适合使用专业双体运维船与高速专业双体运维，居住船，自升式运维船。

      海上风电机组相对于陆上来说故障率更高，因为它们面临的是一个更加恶劣的环境、更高难度的维护方式等。随着海上风电的发展，海上风电场建设不得不需要转移到离岸更远的地方，更深的水域。由于这一变化，运维成本将会增加，同时面临更远的运输距离，更恶劣的气候条件和更严峻的物流挑战。为降低海上风电场运维成本及提高风电场可利用率，需要合理的规划海上风电场运维工作，针对不同的故障信息，选择最优维护方案。模型的建立需要考虑运维船配置、气候参数、风机具体故障、处理故障需要时长及人数等要素。

      重点考虑气象、运维船模式、机组故障模型、相关费用来制定运维策略，建立模型进行分析，最终计算风场的发电量、故障时间及运维费用等，以综合收益最大来选择合适的运维策略。

      风电运维船是海上风电运维的主要装备。国外海上风电运维过程中，专业运维船作为最重要的可达性装备被普遍应用到各海上风电场，由单体船、双体船以及三体船等船型组成。

      国内海上风电刚刚起步，国内运维船处于起步阶段，目前普遍使用的是普通运维船，主要由交通艇和渔船发展而来，近年以来逐渐出现简易功能的双体船。现有的运维船基本可以达到每年200天的出行天数，然而随着离岸距离加大，以及天气更加恶劣的南方区域海上风电的开发，出行天数将会降低。风电运维船专业化必将是未来的趋势。

      根据发改委能源研究所的数据，结合BTM海上运维成本构成来推算，海上风电的运维成本占总成本的20%左右，运维船舶相关的费用又占了运维成本的20%左右。从现阶段的实际情况来看，国内在运维船上的投入是不足的，应进一步加大。然而这一情况正在变化，由于前期使用交通艇无法满足风电场需求，现已经开始建造更好的运维船，不过目前建造的运维船仍难以满足风电场的需求，而后会建造更好的专业运维船，这是一个循序渐进的过程。

      到2020年，按开工建设规模1000万千瓦，累计并网容量500万千瓦，平均单机功率按5MW计算，我国开工建设约有2000台海上风力发电机组，累计并网约有1000台海上风力发电机组。按照每30台机组需要一艘专业运维船，再加上海上风电场开发区域不同和海上风电运维主体不同等因素，海上风电专业运维船的需求会近百艘。海上风电专业运维船也将是一个不可小觑的市场。

      由于一切都在起步阶段，海上运维的现状不尽如人意，在我国某离岸较近的海上风电场，机组可利用率远低于陆上风电场的可利用率，随着在建和未来海上风电场离岸距离的增加，如果采用现有运维模式，采用现有运维船，将导致机组可利用率难以达标，严重影响发电收益。

      欧洲的海上风电已经大规模开展，提高海上风电运维能力成为降低停机损失、提高发电量的重要保障措施。风电运维港口和运维船构成了海上风电运维的主要设施和装备。

      海上风电运维船作为海上风电运维重要的装备，对我国海上风电的发展具有一定的影响。运维船的合理配备与智能调度是海上风电智能运维的必备条件，高效合理的船队配置和调度技术是降低海上运维成本，提高发电量的关键措施之一。在发展海上风电运维船的过程中，我们应该借鉴国外成熟的经验，同时，还应该根据我国的实际情况来发展适用于特定环境、特定工作模式的海上风电运维船。

      海上风电运维的目标是在全寿命周期内，降低运维成本，降低发电损失，提高风电机组的发电量，从而提高客户收益。海上风电运维与陆上风电运维最大的区别在于可达性差，造成运维难度的加大和运维成本的提升。在安全为前提的条件下降低运维成本，为了解决海上风电运维的交通难题，我们需要创新海上风电运维模式，围绕服务调度展开相关工作，从而形成全面的海上风电运维整体解决方案。