华北电力大学刘永前等:海上风电场维护管理技术研究现状与展望
发布时间:2019-04-08
原文发表在《全球能源互联网》2019年第2卷第2期,欢迎品读。 作者:刘永前,马远驰,陶涛 单位:新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学) 文章背景 与陆上风电相比,海上风电具有资源丰富、易于规模化开发和环境负面影响小等诸多优点。然而,受海洋水文气象环境的影响和限制,海上风电机组可靠性低、维护成本高。海上风电的运维成本约占项目全生命周期总成本的20%~30%,控制运维成本的能力已经成为决定风电场运行效益的关键。因此,探索高效、可行的运维管理技术,是大规模开发海上风电急需研究的课题。 海上风电维护管理技术最新研究进展分析 针对海上风电面临的故障率高、可达性差、运维成本高等3个突出问题,围绕海上风电运维管理技术的现状及发展进行综述。 海上风电运行维护策略通常分为事后维护、计划维护和状态维护三类。 事后维护策略适用于重要程度低、维护成本低的部件,能在一定程度上节省维护费用,但海上风电因维护窗口期短,事后维护会导致更长的停机时间、更高的电能损失,且需要更长的维护时间和更多的维护资源。 计划维护策略是目前海上风电场主要采用的方式,通过优化维护间隔和组合维护可以最大化挖掘维护经济性,但计划维护策略难以避免维护过度和维护不足的问题。 状态维护策略包括故障诊断和寿命预测两方面,能够解决事后维护和计划维护的不足,在最大限度保证机组可靠性的同时减少不必要的维护操作和停机时间,但需要安装复杂、昂贵的状态监测系统,目前仅应用于传动链等核心部件。如何综合利用机组数据提高诊断和预测的准确度和可信度是当前研究热点,也是未来发展趋势。 随着海上风电向远深海、大型化、基地化方向发展,维护路径优化是迫切需要深入研究的课题。目前针对海上风电场路径优化的研究可以分为单风电场的路径优化及风电场群的路径优化。 海上风电运维路径规划问题的难点在于高效快速求解大规模组合优化问题。当前主要从两个方面解决路径规划求解问题。一方面是简化非线性路径规划模型,采用线性模型近似原问题;另一方面采用降维与启发式优化求解方法相结合的方法来降低求解组合优化问题的时间复杂度。 海上风电维护调度是根据维护策略、机组状态、维护路径、安全要求、维护条件和时间窗口等大量信息,快速调配维修人员、备品备件以及运维船等维护资源,以最大化风电场收益的决策过程。 研究主要集中于维护调度模型建立及优化、维护调度计算速度提升、维护调度系统及工具开发等方面,目前整体还于理论研究阶段,考虑因素仍不全面、求解速度不够快、系统还不够完善。 海上风电维护管理技术展望 1)综合运用事后维护、计划维护和状态维护等多种维护策略优化整机综合维护成本。 2)研究远海风电场运维所需的子母船相结合的路径规划方案,以适应未来多运维基地-多风场的集中式大规模海上风电运维模式。 3)在海上维护调度模型中纳入更加精准的天气预报信息,采用更加精细化的运维调度建模方法,发展高效快速的维护调度决策服务。 4)结合智能化状态诊断和自动化维护技术的智能维护管理技术将成为重要的研究方向。 本文引文信息 刘永前,马远驰,陶涛. 海上风电场维护管理技术研究现状与展望[J]. 全球能源互联网,2019,2(2):127-137. LIU Yongqian, MA Yuanchi, TAO Tao. Review on maintenance management technology for offshore wind farms[J]. Journal of Global Energy Interconnection, 2019, 2(2): 127-137(in Chinese). 研究团队 ![]() 智能风电场技术实验室(Laboratory of Smart Wind Farm Technology)隶属于华北电力大学可再生能源学院风能研究中心,是新能源电力系统国家重点实验室的组成部分。目前主要从事风电场设计、风资源评估、风电场功率预测、风电场运行与控制、风电场设备健康管理、多能互补等领域的研究工作,团队发表SCI论文60余篇,所研发的智能风电场功率预测系统、风电机组状态监测与故障诊断系统、风电场智能控制系统等在我国内蒙、河北等省(自治区)的风电场示范应用。 作者简介 刘永前(1965) 博士,教授,博士生导师 华北电力大学可再生能源学院教授、党委书记。国际能源署(IEA) Wind Task 31工作组中国牵头人、国际电工技术委员会(IEC) SC 8A技术分委会WG2工作组成员、英国工程师协会IET Renewable Power Generation期刊亚太区主编。中国可再生能源学会风能专业委员会委员、中国电机工程学会可再生能源发电专业委员会和新能源发电并网专业委员会委员、中国能源学会可再生能源专委会委员、中国气象学会气象资源应用委员会委员。长期从事风资源评估、风电场功率预测、风电机组状态诊断、风电场规划、设计及运行等领域研究 E-mail:yqliu@ncepu.edu.cn ![]() 马远驰(1992) 博士 研究方向为风电机组传动系统状态诊断 Email:yuanchima@yeah.net ![]() 陶 涛(1995) 博士 研究方向为风电机组状态诊断及剩余寿命预测 Email:taotao@ncepu.edu.cn 编辑:张鹏 审核:白恺 |
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