本文根據(jù)海上的環(huán)境特點(diǎn)，結(jié)合福建某海上項(xiàng)目三年來(lái)的運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)，介紹海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的海上運(yùn)維作業(yè)需要重點(diǎn)關(guān)注風(fēng)險(xiǎn)防控、計(jì)劃、“三防”處理、抗臺(tái)運(yùn)維、備品備件及易耗品。

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(cè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 尚振龍陽(yáng)雪兵田湘龍全慧瓊

引言

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(qiáng)、資源豐富的可再生資源已日益受到世界各國(guó)的關(guān)注和研究[1]。截至2016年末，全球累計(jì)風(fēng)電容量達(dá)到487GW[2]。國(guó)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(guó)風(fēng)電并網(wǎng)裝機(jī)確保達(dá)到2.1億千瓦以上。同時(shí)，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(wàn)千瓦，確保建成500萬(wàn)千瓦[3]。由此可見，海上風(fēng)電發(fā)展越來(lái)越受重視，發(fā)展速度也越來(lái)越快。

對(duì)于海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組來(lái)說(shuō)，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(diǎn)，更關(guān)注機(jī)組的可靠性和運(yùn)維成本。對(duì)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(jì)也會(huì)有所區(qū)別，其運(yùn)維重點(diǎn)也會(huì)不同。本文將結(jié)合福建某5MW機(jī)組風(fēng)場(chǎng)的運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)，介紹海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)維所需注意特點(diǎn)。

01

海上環(huán)境特點(diǎn)

1.1危險(xiǎn)性高

眾所周知，海上環(huán)境惡劣，運(yùn)維人員在海上作業(yè)遭遇危險(xiǎn)的可能性更高。從碼頭到運(yùn)維船上，從運(yùn)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(xiǎn)外，運(yùn)維人員還可能會(huì)遇到墜海、臺(tái)風(fēng)、搖晃等海上特有風(fēng)險(xiǎn)。海上運(yùn)維作業(yè)遇到風(fēng)險(xiǎn)后，其處理難度和危害程度都比陸上事故要大。

1.2 作業(yè)窗口期短

陸上機(jī)組安裝于陸地，通過(guò)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(huì)出現(xiàn)無(wú)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(guò)1.5米或者有臺(tái)風(fēng)的時(shí)候，一般運(yùn)維船無(wú)法出港，此時(shí)機(jī)組就不能及時(shí)得到維護(hù)。而且，浪高超過(guò)1.5米或臺(tái)風(fēng)情況的出現(xiàn)相對(duì)來(lái)說(shuō)還是比較頻繁的，可以說(shuō)海上作業(yè)窗口期比較緊張。

1.3環(huán)境條件惡劣

在中國(guó)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(diǎn)。月均相對(duì)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(qiáng)，這需要機(jī)組具有較強(qiáng)的絕緣性能、耐腐蝕性能和抗老化性能，也需要維護(hù)時(shí)，要額外關(guān)注這些問(wèn)題。

1.4 災(zāi)害性天氣頻發(fā)

我國(guó)災(zāi)害性天氣氣候包括：臺(tái)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(duì)海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組影響最大的是臺(tái)風(fēng)。在中國(guó)臺(tái)風(fēng)網(wǎng)可以查知，2018年共有29個(gè)臺(tái)風(fēng)信息，其中登陸我國(guó)的臺(tái)風(fēng)有11個(gè)，且大部分集中在東南沿海的省份進(jìn)行登陸，時(shí)間集中在6-9月份。其中2018年7月的臺(tái)風(fēng)“瑪利亞”在我國(guó)福建連江登陸時(shí)，最大風(fēng)速達(dá)到48m/s（10分鐘平均）;2018年9月的強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“山竹”在我國(guó)廣東陽(yáng)江登陸時(shí)，最大風(fēng)速也達(dá)到了48m/s（10分鐘平均）。這些說(shuō)明臺(tái)風(fēng)對(duì)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(yùn)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(yùn)維重點(diǎn)

海上環(huán)境特點(diǎn)決定了海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)維工作有一些需要特殊注意的重點(diǎn)。根據(jù)其特點(diǎn)，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(xiàng)目的5MW機(jī)組，介紹該機(jī)組針對(duì)海上環(huán)境特點(diǎn)所進(jìn)行的運(yùn)維工作。

2.1風(fēng)險(xiǎn)防控

海上環(huán)境條件惡劣，風(fēng)險(xiǎn)高，所以海上運(yùn)維工作要做好風(fēng)險(xiǎn)防控措施。海上作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)很大，安全生產(chǎn)問(wèn)題不容忽視。海上運(yùn)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(xiǎn)分析和安全評(píng)價(jià)，充分識(shí)別海上作業(yè)危險(xiǎn)源，根據(jù)各種危險(xiǎn)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(yùn)維涉及到多種特殊作業(yè)情況，運(yùn)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(yùn)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(xiǎn)逃生”5項(xiàng)安全培訓(xùn)，其中“救生艇筏操縱”和“直升機(jī)遇險(xiǎn)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(yùn)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(shí)。安全設(shè)備主要用來(lái)保護(hù)人身設(shè)備安全，除了包括運(yùn)維人員必須穿戴的勞保用品、救生圈等，還包括運(yùn)維船上靠樁平臺(tái)、基礎(chǔ)承臺(tái)上的救生圈、攀爬時(shí)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(yùn)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(yùn)維船上的靠樁平臺(tái)，運(yùn)維人員通過(guò)此平臺(tái)到達(dá)基礎(chǔ)樁的爬梯，平臺(tái)上有扶手和欄桿，平臺(tái)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(yùn)維人員臨時(shí)休息補(bǔ)充體力的場(chǎng)所，配有簡(jiǎn)單的生活設(shè)施。圖1中下為機(jī)組的基礎(chǔ)承臺(tái)，承臺(tái)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(shí)。

2.2計(jì)劃周全

海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)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(shí)間短，因此運(yùn)維作業(yè)需要周全計(jì)劃，并根據(jù)近期氣象信息隨時(shí)調(diào)整。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，每年因海洋環(huán)境影響導(dǎo)致取消運(yùn)維作業(yè)的次數(shù)達(dá)到20%。

風(fēng)機(jī)運(yùn)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(yùn)維作業(yè)計(jì)劃要根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和當(dāng)?shù)貧v年浪高信息進(jìn)行預(yù)防性維護(hù)的計(jì)劃制定，選取每年中風(fēng)浪比較小的時(shí)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(xiàng)目位于臺(tái)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(tái)風(fēng)比較多，故該項(xiàng)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(shí)間內(nèi)，早中晚各個(gè)時(shí)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(yùn)維作業(yè)。如果可以進(jìn)行運(yùn)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(shí)間和回岸時(shí)間，規(guī)劃好運(yùn)維作業(yè)內(nèi)容，保證運(yùn)維人員可以及時(shí)返航，不會(huì)滯留海上。故障維護(hù)一般來(lái)說(shuō)不好提前預(yù)知，需要根據(jù)事故狀態(tài)進(jìn)行臨時(shí)維護(hù)。同樣，故障維護(hù)出海也需要預(yù)估工作時(shí)間，關(guān)注海浪信息，做好出海維護(hù)計(jì)劃。

2.3“三防”處理

“三防”一般是指對(duì)電子產(chǎn)品“防霉菌、防潮濕、防鹽霧”。而廣義上，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行表面處理，以降低或消除復(fù)雜環(huán)境對(duì)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(jì)尤為重要。雖然海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在設(shè)計(jì)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(jì)，但仍然避免不了機(jī)組在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)腐蝕等破壞性問(wèn)題。

對(duì)于“三防”問(wèn)題，在日常巡檢過(guò)程中要時(shí)刻關(guān)注，目測(cè)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(shí)修補(bǔ)，以免造成更大的損失。圖2是我公司福建5MW海上項(xiàng)目的機(jī)組運(yùn)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(jì)之初，已經(jīng)做好了詳細(xì)的防腐方案設(shè)計(jì)、試驗(yàn)和評(píng)審，但由于生產(chǎn)制造質(zhì)量問(wèn)題，加上長(zhǎng)時(shí)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(guò)程中，要時(shí)刻關(guān)注防腐情況，有問(wèn)題及時(shí)處理，延長(zhǎng)機(jī)組的防腐壽命。

2.4抗臺(tái)運(yùn)維

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(yùn)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(duì)我國(guó)海域，尤其是東南沿海地區(qū)，臺(tái)風(fēng)是最常見的破壞性氣象?？古_(tái)策略，包括在海上機(jī)組設(shè)計(jì)之初就會(huì)進(jìn)行抗臺(tái)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和控制策略設(shè)計(jì)，這是機(jī)組能夠抗臺(tái)的基因。關(guān)于抗臺(tái)設(shè)計(jì)，本文不做贅述，主要介紹抗臺(tái)運(yùn)維措施。

抗臺(tái)機(jī)組必須有臺(tái)風(fēng)專項(xiàng)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(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)的臺(tái)風(fēng)運(yùn)維處理措施?？古_(tái)運(yùn)維措施主要包括三方面：臺(tái)風(fēng)來(lái)臨前的檢查和準(zhǔn)備、臺(tái)風(fēng)期間的運(yùn)維、臺(tái)風(fēng)過(guò)后的檢查和啟動(dòng)流程。

臺(tái)風(fēng)來(lái)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(dòng)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(tái)風(fēng)來(lái)臨前還需要對(duì)機(jī)組的后備電源進(jìn)行檢查，并進(jìn)行停機(jī)測(cè)試，保證機(jī)組可以正常停機(jī)；臺(tái)風(fēng)來(lái)臨前還需要關(guān)注氣象部門的臺(tái)風(fēng)信息，根據(jù)需要，進(jìn)行手動(dòng)或者自動(dòng)停機(jī)。

臺(tái)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(shí)了解機(jī)組各項(xiàng)狀況，如發(fā)生緊急事件立即通報(bào)。在臺(tái)風(fēng)未離境及臺(tái)風(fēng)離境后未檢查風(fēng)機(jī)前禁止啟動(dòng)風(fēng)機(jī)運(yùn)行。如果臺(tái)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(tái)風(fēng)過(guò)后，應(yīng)首先進(jìn)行機(jī)組檢查，無(wú)問(wèn)題后才能進(jìn)行啟動(dòng)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(qiáng)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(guò)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(tái)風(fēng)期間所有機(jī)組事件。檢查無(wú)誤后，依照廠家標(biāo)準(zhǔn)操作流程啟動(dòng)機(jī)組。

2.5備品備件及易耗品

海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組由于運(yùn)維作業(yè)特殊，故需要更加完善的備件庫(kù)存體系。首先，根據(jù)前期的分析和經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)，形成相應(yīng)機(jī)型的各級(jí)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(cāng)庫(kù)、項(xiàng)目部倉(cāng)庫(kù)的三級(jí)備件庫(kù)。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)部件損壞，需要備件更換的時(shí)候，如果是開關(guān)、接觸器等小器件，可以直接在項(xiàng)目部的倉(cāng)庫(kù)中獲取備件，及時(shí)更換。如果是驅(qū)動(dòng)齒輪箱等中等偏大部件需要更換時(shí)，可以三日內(nèi)從片區(qū)倉(cāng)庫(kù)或者廠家發(fā)出備件，保證機(jī)組快速恢復(fù)運(yùn)行。

03總結(jié)

海上環(huán)境危險(xiǎn)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(yùn)維更加復(fù)雜。在日常的海上運(yùn)維過(guò)程中，運(yùn)維人員和管理人員要做好風(fēng)險(xiǎn)防控、計(jì)劃周全，在平時(shí)的機(jī)組維護(hù)中，要關(guān)注“三防”問(wèn)題，做好抗臺(tái)運(yùn)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。

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