我國海岸線長，海上風(fēng)資源豐富，海上風(fēng)電又具有占地面積少，開發(fā)規(guī)模大，發(fā)電利用小時數(shù)高等特點(diǎn)，加上陸上風(fēng)電又面臨困境，以及國家政策利好，海上風(fēng)電將成為我國新能源發(fā)展的重要途徑。隨之而來的海上風(fēng)電運(yùn)維過程中我們會遇到許多問題，運(yùn)維船就是其中一個。本文主要介紹了海上風(fēng)電運(yùn)維船的分類及其發(fā)展趨勢、海上風(fēng)電運(yùn)維船的配置原則以及海上風(fēng)電運(yùn)維船的調(diào)度。

　　海上運(yùn)維現(xiàn)狀不盡如人意

　　2016年全球海上風(fēng)電新增裝機(jī)近2200MW，累計裝機(jī)容量近14300MW，全球90%以上的海上風(fēng)電在歐洲。2016年德國和荷蘭分列新增裝機(jī)容量第一和第二，2016年中國海上風(fēng)電新增裝機(jī)容量592MW，排名第三，累計裝機(jī)容量1627MW。

　　歐洲持續(xù)引領(lǐng)海上風(fēng)電市場，海上風(fēng)電的平均單機(jī)功率逐漸增大，海上風(fēng)電場的平均水深也在增加。盡管歐洲目前處于領(lǐng)先地位，但中國的海上風(fēng)電也在逐步發(fā)展，2016年12月，國家發(fā)改委印發(fā)《可再生能源發(fā)展“十三五”規(guī)劃》，提出加快推進(jìn)已開工海上風(fēng)電項目建設(shè)進(jìn)度，積極推動后續(xù)海上風(fēng)電項目開工建設(shè)，鼓勵沿海各省區(qū)市和主要開發(fā)企業(yè)建設(shè)海上風(fēng)電示范項目，帶動海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。

　　同時，國家能源局出臺的《風(fēng)電發(fā)展“十三五”規(guī)劃》也提出，要積極穩(wěn)妥地推進(jìn)海上風(fēng)電建設(shè)，到2020年，全國海上風(fēng)電開工建設(shè)規(guī)模達(dá)到1000萬千瓦，力爭累計并網(wǎng)容量達(dá)到500萬千瓦以上。我國海上風(fēng)電發(fā)展趨勢是穩(wěn)中求進(jìn)。在未來幾年，隨著海上風(fēng)電技術(shù)的不斷進(jìn)步，海上風(fēng)電開發(fā)成本會進(jìn)一步降低，我國海上風(fēng)電可能會取得更快的發(fā)展。

　　海上風(fēng)電市場在我國是新興市場，真正成規(guī)模開發(fā)是從2015年開始的。隨之而來的海上風(fēng)電運(yùn)維市場也是欣欣向榮。然而海上風(fēng)電運(yùn)維有著一些特點(diǎn)和難點(diǎn)，主要包括：

　　˙閃電等惡劣海洋環(huán)境影響，機(jī)組容易出現(xiàn)故障

　　˙受風(fēng)浪影響，運(yùn)維人員難以到達(dá)機(jī)組，故障待修時間長，發(fā)電損失大

　　˙缺乏專業(yè)裝備，運(yùn)維效率低，安全風(fēng)險大

　　˙海上維修困難，尤其是大部件更換

　　˙智能化低，預(yù)防維護(hù)少

　　˙缺乏運(yùn)維管理經(jīng)驗

　　海洋氣象監(jiān)測不精確

　　由于一切都在起步階段，海上運(yùn)維的現(xiàn)狀不盡如人意，在我國某離岸較近的海上風(fēng)電場，機(jī)組可利用率遠(yuǎn)低于陸上風(fēng)電場的可利用率，隨著在建和未來的海上風(fēng)電場離岸距離的增加，如果采用現(xiàn)有運(yùn)維模式，采用現(xiàn)有運(yùn)維船，將導(dǎo)致機(jī)組可利用率難以達(dá)標(biāo)，嚴(yán)重影響發(fā)電收益。

　　歐洲的海上風(fēng)電已經(jīng)大規(guī)模開展，提高海上風(fēng)電運(yùn)維能力成為降低停機(jī)損失，提高發(fā)電量的重要保障措施。風(fēng)電運(yùn)維港口和運(yùn)維船構(gòu)成了海上風(fēng)電運(yùn)維的主要設(shè)施和裝備。

　　專業(yè)運(yùn)維船市場不可小覷

　　海上風(fēng)電運(yùn)維船是用于海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行維護(hù)的專用船舶。該船舶在波浪中應(yīng)具有良好的運(yùn)動性能，在航行中具有很好的舒適性，能夠低速精準(zhǔn)的靠泊到風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的基礎(chǔ)，防止對基礎(chǔ)造成較大沖擊，并能夠與基礎(chǔ)持續(xù)接觸，能夠安全便利地將人員和設(shè)備運(yùn)送到風(fēng)力發(fā)電機(jī)組;船舶甲板區(qū)應(yīng)具有存放工具、備品備件等物資的集裝箱或風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)維專用設(shè)備的區(qū)域，并可以進(jìn)行脫卸;船舶還應(yīng)具有運(yùn)維人員短期住宿生活的條件和優(yōu)良、舒適的夜泊功能。

　　根據(jù)國外海上風(fēng)電的發(fā)展，風(fēng)電運(yùn)維船主要分為四類：

　　(1)普通運(yùn)維船

　　泛指用于海上風(fēng)電工程或運(yùn)維的交通艇，典型特征為航速較低(20節(jié)以下)，普通舵槳推進(jìn)，耐波性差，靠泊能力差(有效波高1.5米以下)

　　(2)專業(yè)運(yùn)維船

　　指用于海上風(fēng)電工程或運(yùn)維的專業(yè)船舶，典型特征為航速較高(20節(jié)以上)，全回轉(zhuǎn)推進(jìn)(噴水或全回轉(zhuǎn)舵槳)，耐波性好，靠泊能力強(qiáng)(有效波高1.5米至2.5米)，抗風(fēng)浪強(qiáng)。

　　(3)運(yùn)維母船

　　指用于海上風(fēng)電運(yùn)維，供人員住宿，存放備件的較大型船舶，典型特征為：可提供40人以上的住宿，具備一個月以上自持力，靠泊能力優(yōu)異(有效波高2.5米以上)，具備DP定位及補(bǔ)償懸梯傳送人員功能。

　　在國外運(yùn)維船的發(fā)展史上，并非一開始就是這么專業(yè)的運(yùn)維母船。開始采用商船改造，隨著需求的提高，針對海上風(fēng)電運(yùn)維進(jìn)行了適應(yīng)性改造。

　　(4)自升式運(yùn)維船

　　指主要用于海上風(fēng)電運(yùn)維的大部件更換(齒輪箱、發(fā)電機(jī)等)的船舶。典型特征為：具備一定的起重能力，擁有自升式平臺，能適應(yīng)水深40米以內(nèi)大多數(shù)海域作業(yè)，具備DP定位及較長的自持能力。

　　風(fēng)電運(yùn)維船是海上風(fēng)電運(yùn)維的主要裝備。國外海上風(fēng)電運(yùn)維過程中，專業(yè)運(yùn)維船作為最重要的可達(dá)性裝備被普遍應(yīng)用到各海上風(fēng)電場，由單體船、雙體船以及三體船等船型組成。

　　國內(nèi)海上風(fēng)電剛剛起步，國內(nèi)運(yùn)維船處于起步階段，目前使用的是普通運(yùn)維船，主要由交通艇和漁船發(fā)展而來，近年以來逐漸出現(xiàn)簡易功能的雙體船?，F(xiàn)有的運(yùn)維船基本可以達(dá)到每年200天的出行天數(shù)，然而隨著離岸距離加大，以及天氣更加惡劣的南方區(qū)域海上風(fēng)電的開發(fā)，出行天數(shù)將會降低。風(fēng)電運(yùn)維船專業(yè)化必將是未來的趨勢。

　　根據(jù)發(fā)改委能源研究院的數(shù)據(jù)，結(jié)合BTM海上運(yùn)維成本構(gòu)成來推算，海上風(fēng)電的運(yùn)維成本占總成本的20%左右，運(yùn)維船舶相關(guān)的費(fèi)用又占了運(yùn)維成本的20%左右。從現(xiàn)階段的實際情況來看，國內(nèi)在運(yùn)維船上的投入是不足的，應(yīng)進(jìn)一步加大。然而這個情況正在變化，由于前期使用交通艇無法滿足風(fēng)電場需求，現(xiàn)已經(jīng)開始建造更好的運(yùn)維船，可是目前建造的運(yùn)維船仍難以滿足風(fēng)電場的需求，而后會建造更好的專業(yè)運(yùn)維船，這是一個循序漸進(jìn)的過程。

　　到2020年，按開工建設(shè)規(guī)模1000萬千瓦，累計并網(wǎng)容量500萬千瓦，平均單機(jī)功率按5MW計算，我國開工建設(shè)規(guī)模約有2000臺海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，累計并網(wǎng)約有1000臺海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。按照每30臺機(jī)組需要一艘專業(yè)運(yùn)維船，再加上海上風(fēng)電場開發(fā)區(qū)域不同和海上風(fēng)電運(yùn)維主體不同等因素，海上風(fēng)電專業(yè)運(yùn)維船的需求會近百艘。海上風(fēng)電專業(yè)運(yùn)維船也將是一個不可小覷的市場。

　　運(yùn)維成本隨運(yùn)輸距離增加

　　海上風(fēng)電場運(yùn)行維護(hù)需綜合考慮離岸距離、氣象海況、機(jī)組故障率，維護(hù)行為、發(fā)電能力、運(yùn)維經(jīng)濟(jì)性等因素來進(jìn)行運(yùn)維船的配置。一般來說較大規(guī)模的風(fēng)電場采用船隊形式，包括不同形式的船舶，如交通艇、專業(yè)運(yùn)維船、專業(yè)運(yùn)維母船、救援監(jiān)護(hù)船及其他專用工程船舶。

　　運(yùn)維船配置的一般原則是：天氣較好、離岸較近的采用普通運(yùn)維船，天氣復(fù)雜、離岸較近的采用先進(jìn)的專業(yè)運(yùn)維船，天氣較好、離岸較遠(yuǎn)的采用普通運(yùn)維船或?qū)I(yè)運(yùn)維船和運(yùn)維母船，天氣較復(fù)雜、離岸較遠(yuǎn)的采用專業(yè)運(yùn)維船和運(yùn)維母船。

　　影響運(yùn)維船主要參數(shù)的環(huán)境因素主要包括，距離，水深，波高，風(fēng)況等等。一般而言抗風(fēng)能力超過抗浪能力，所以波高是更關(guān)鍵的因素。國內(nèi)風(fēng)電場主要集中在黃海北部，渤海灣，黃海，福建和廣東等區(qū)域。各區(qū)域環(huán)境情況(見表1、表2)。

表1：各區(qū)域環(huán)境概況

表2：各區(qū)域風(fēng)頻分布

　　我們根據(jù)環(huán)境情況、運(yùn)維船的航速、運(yùn)維船環(huán)境適應(yīng)能力等條件、機(jī)組數(shù)量、機(jī)組性能、運(yùn)維能力等因素建立了一個可利用率的估算模型，通過該模型計算出來的某海上風(fēng)電場的相關(guān)數(shù)據(jù)(見表3)。

表3：某海上風(fēng)電場模型計算數(shù)據(jù)

　　從表3可以看出，機(jī)組單臺年故障次數(shù)超過5次時采用普通運(yùn)維船可利用率小于95%;如果采用專業(yè)運(yùn)維船，單臺年故障次數(shù)為5次時可利用率超過96%，當(dāng)機(jī)組單臺年故障次數(shù)3次，可利用率可以達(dá)到98%。

　　海上風(fēng)電機(jī)組相對于陸上來說故障率更高，因為它們面臨的是一個更加惡劣的環(huán)境、更高難度的維護(hù)方式等。隨著海上風(fēng)電的發(fā)展，海上風(fēng)電場建設(shè)不得不需要轉(zhuǎn)移到離岸更遠(yuǎn)的地方，更深的水域。由于這個變化，運(yùn)維成本將會增加，同時面臨更遠(yuǎn)的運(yùn)輸距離，更惡劣的氣候條件和更嚴(yán)峻的物流挑戰(zhàn)。為降低海上風(fēng)電場運(yùn)維成本及提高風(fēng)電場可利用率，需要合理的規(guī)劃海上風(fēng)電場運(yùn)維工作，針對不同的故障信息，選擇最優(yōu)維護(hù)方案。模型的建立需要考慮運(yùn)維船配置、氣候參數(shù)、風(fēng)機(jī)具體故障、處理故障需要時長及人數(shù)等要素。圖1是一個非常典型海上風(fēng)電運(yùn)維船配置和調(diào)度的模型。

圖1：海上風(fēng)電運(yùn)維船配置和調(diào)度的模型

　　重點(diǎn)考慮氣象、運(yùn)維船模式、機(jī)組故障模型、相關(guān)費(fèi)用來制定運(yùn)維策略，建立模型進(jìn)行分析，最終計算風(fēng)場的發(fā)電量、故障時間及運(yùn)維費(fèi)用等，以綜合收益最大來選擇合適的運(yùn)維策略。

　　創(chuàng)新海上風(fēng)電運(yùn)維模式

　　海上風(fēng)電運(yùn)維船作為海上風(fēng)電運(yùn)維重要的裝備，它對我國海上風(fēng)電的發(fā)展具有一定的影響。運(yùn)維船智能調(diào)度是海上風(fēng)電智能運(yùn)維的必備條件，高效合理的船隊配置和調(diào)度技術(shù)是降低海上運(yùn)維成本，提高發(fā)電量的關(guān)鍵措施之一。在發(fā)展我們的海上風(fēng)電運(yùn)維船的過程中，我們應(yīng)該借鑒國外成熟的經(jīng)驗，同時，我們還應(yīng)該根據(jù)我國的實際情況來發(fā)展適用于特定環(huán)境、特定工作模式的海上風(fēng)電運(yùn)維船。

　　海上風(fēng)電運(yùn)維的目標(biāo)是在全壽命周期內(nèi)，降低運(yùn)維成本，降低發(fā)電損失，提高風(fēng)電機(jī)組的發(fā)電量，從而提高客戶收益。海上風(fēng)電運(yùn)維與陸上風(fēng)電運(yùn)維最大的區(qū)別在于可達(dá)性差，造成的運(yùn)維難度的加大和運(yùn)維成本的提升。為了解決海上風(fēng)電運(yùn)維的難題，我們需要創(chuàng)新海上風(fēng)電運(yùn)維模式，圍繞服務(wù)調(diào)度展開相關(guān)工作，從而形成全面的海上風(fēng)電運(yùn)維解決方案。