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海上风电场运行与维护成本探讨

2012-07-20 17:39
姚看江湖
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为了攀上60多米高的塔架进入机舱,完善机组设备与零件,目前已经动用到了大型起吊设备或提升机,这些设备还将在一些塔架安装建设中得到延用。但此方案成本高昂,每台风力机的安装工程都需要一个起重机或提升机。将石油天然气产业的技术应用于海上风电产业的Aberdeen公司认为,至少对于单桩固定式机组而言,这是一个较好的解决方案。

  上图所示的Oreada可再生能源咨询公司研发的Orangutang提升装置。技术人员们搭乘一个安装于塔架底部,采用两组液压操控摩擦式夹钳的升降机罐笼,像猴子爬树一样沿着机组的塔架升降。Oreada预测他们的提升装置将会降低风力机维护期间对起重设备的需求,因此总体上提升风电场的经济性。

  针对将机组备件从岸上仓库运输至海上风电场,市场上有多种小船和施工船。小船制造商们趋于提供多船体设计,以替代较为传统的单船体设计,因为这种设计就像工作平台那样更快,更宽敞,更稳定。其中的一个运输船的典型即是“Offshore Provider”,为北威尔士Conway海上风电建设运输而建的一种15米高的坚固的铝制双体船。

  据称,这种船满足了英国健康与安全执行局、劳氏船级社、挪威船级社以及英国海事海岸警卫局的审查需求,可应用于风电场的后勤支持,包括将人员运送至电场现场。较大型的船只将应用于更深更远的海域,类似小水线面船(small water plane area twin hull,简称SWATH)这样的船体形式,无论在船舶静止或处于海中航行的状态,都可确保较小的移动幅度。但是,直接借用现有海洋石油工业的单体船,则在经济性方面具有一定的优势。

  为了应对每年偶尔发生的齿轮箱、发电机或完整机舱的更换,必需一艘起重船。但这样的船只对于仅以O&M为目标的工作而言成本过于高昂,因此,难点主要在于是否能够确保:当机组发生故障时,天气刚好不坏,而且所需的起重机驳船又能借到。机组停运期间就相当于发电收入的减少,不能及时获得相应服务将会导致成本上扬。

  (二)供应链

  海上风力发电机组的供应链,与飞机维护、修理和检修(MRO)那样的产业供应链相比,成熟度相去甚远,零部件和相关材料未必能确保准时送货。风电场的运营商们试图在岸上库存足够的零部件以备替换之需,目前这在研究相应的管理方案,拟最终实现机组原始设备制造商们(OEMs)按照定价合约提供所有的支持方案,使预算成本更合理化。

  就像Douglas-Westwood公司的能源分析人员Adam Westwood所指出的,目前三年内欧洲的电力项目(一些推动海上风能发展的地区)集中于海上风电能的供应链建设。其目的在于弥合各地区间的差距,促进未来的相互合作。尽管这个由欧洲区域发展基金出资的项目主要关注于风电场建设,但一个健康的供应链将使整个O&M受惠。

  (三)可靠性

  机组维护共分为两种类型:定期检修和故障检修。定期检修是根据事先安排进行的,而故障检修则具有不可预见性,只有发生故障了才进行,因此通常成本比较高昂。为了尽可能的减少故障检修,可以制定周密的定期检修计划,并谨慎实施;再通过环境监测来确定机组出现的早期问题,以便及时采取行动进行补救。

  同样重要的是,在研发和工程周期中的每个阶段都力求确保机组的可靠性。Garrad Hassan的Colin Morgan称:“让技术人员们远离频繁的小修小补对控制成本而言是件大事。”

  用于海上风电场的多兆瓦级机组,其静态或动态的负载将是现有机组成比例的放大。在这些大型的机组中实现较高的可靠性对设计人员而言是相当大的挑战,这也是来自O&M方面的目标。那些风力机零部件必须忍受持续运行的长期工作,在大风天气中或者机组刚开始启动时扭矩的快速变化,以及周围环境中盐雾对机组的侵蚀。

  所有这些因素都会导致平均连续可用小时数(MTBF)和疲劳寿命的缩短。这样的情况还会由于静态或动态的驱动偏差发生进一步的恶化。这较大型的设备中,这种情况更容易发生。因此,定期维护应该包括一年一次的设备校正检验。

  (四)成本模型

  荷兰的Delft技术大学和ECN Wind Energy以500MW的DOWEC(荷兰海上风能转换器)为参考案例,已经独立针对海上风电场成本的建模。该模型考虑了定期检修和故障检修,揭示了根据风力机的尺寸和可靠性,选择抵达电场的和维护电场的方法,确定离岸距离,水深,风电场规模,风/浪等气候条件等相关因素。早期的模型建议:海上风电场的 O&M成本将占据每度电价的25%至30%,而陆上的仅占据10%至15%。尽管目前牵涉到一些不确定性,使得建模这种科学被艺术化,一旦可行性分析用于确定不确定性的边界,一些工具未必奏效。

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