文章背景

與陸上風電相比，海上風電具有資源豐富、易于規模化開發和環境負面影響小等諸多優點。然而，受海洋水文氣象環境的影響和限制，海上風電機組可靠性低、維護成本高。海上風電的運維成本約占項目全生命周期總成本的20%～30%，控制運維成本的能力已經成為決定風電場運行效益的關鍵。因此，探索高效、可行的運維管理技術，是大規模開發海上風電急需研究的課題。

海上風電維護管理技術最新研究進展分析

針對海上風電面臨的故障率高、可達性差、運維成本高等3個突出問題，圍繞海上風電運維管理技術的現狀及發展進行綜述。

1.海上風電維護策略

海上風電運行維護策略通常分為事后維護、計劃維護和狀態維護三類。

海上風電因維護窗口期短，事后維護會導致更長的停機時間、更高的電能損失，且需要更長的維護時間和更多的維護資源，因此事后維護策略適用于重要程度低、維護成本低的部件，雖然能在一定程度上節省維護費用，但會導致更高的電能損失。

計劃維護策略是目前海上風電場主要采用的方式，通過優化維護間隔和組合維護可以最大化挖掘維護經濟性，但計劃維護策略難以避免維護過度和維護不足的問題。

狀態維護策略包括故障診斷和壽命預測兩方面，能夠解決事后維護和計劃維護的不足，在最大限度保證機組可靠性的同時減少不必要的維護操作和停機時間，但需要安裝復雜、昂貴的狀態監測系統，目前僅用于傳動鏈等核心部件的在線監測。如何綜合利用機組數據提高診斷和預測的準確度和可信度是當前研究熱點，也是未來發展趨勢。

2.海上風電維護路徑優化

目前針對海上風電場路徑優化的研究可以分為單風電場的路徑優化及風電場群的路徑優化。隨著海上風電向遠深海、大型化、基地化方向發展，維護路徑優化也是需要迫切深入研究的課題。

海上風電運維路徑規劃問題的難點在于高效快速求解大規模組合優化問題。目前的研究主要從兩個方面解決大規模組合優化求解問題。一方面是簡化非線性路徑規劃模型，采用線性模型近似原非線性問題；另一方面采用降維與啟發式優化求解方法相結合的方法來降低求解組合優化問題的時間復雜度。

3.海上風電維護調度決策

海上風電維護調度是根據維護策略、機組狀態、維護路徑、安全要求、維護條件和時間窗口等大量信息，快速調配維修人員、備品備件以及運維船等維護資源，以最大化風電場收益的決策過程。

研究主要集中于維護調度模型建立及優化、維護調度計算速度提升、維護調度系統及工具開發等方面，目前整體還于理論研究階段，考慮因素仍不全面、求解速度不夠快、系統還不夠完善，海上風電大規模化發展迫切需要進行更深入的研究。

海上風電維護管理技術展望

1）綜合運用事后維護、計劃維護和狀態維護等多種維護策略優化整機綜合維護成本。

2）研究遠海風電場運維所需的子母船相結合的路徑規劃方案，以適應未來多運維基地-多風場的集中式大規模海上風電運維模式。

3）在海上維護調度模型中納入更加精準的天氣預報信息，采用更加精細化的運維調度建模方法，發展高效快速的維護調度決策服務。

4）結合智能化狀態診斷和自動化維護技術的智能維護管理技術將成為重要的研究方向。

原文發表在《全球能源互聯網》2019年第2卷第2期。

作者：劉永前，馬遠馳，陶濤

單位：新能源電力系統國家重點實驗室（華北電力大學）

本文引文信息

劉永前，馬遠馳，陶濤. 海上風電場維護管理技術研究現狀與展望[J]. 全球能源互聯網，2019，2(2)：127-137.

LIU Yongqian, MA Yuanchi, TAO Tao. Review and prospect on maintenance management technology for offshore wind farms[J]. Journal of Global Energy Interconnection, 2019, 2(2): 127-137(in Chinese).