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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

2019-04-04 14:15:26 来源:全球能源互联网期刊 评论:0 点击:

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。

1.海上风电维护策略

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。

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,因此事后维护策略适用于重要程度低、维护成本低的部件,虽然能在一定程度上节省维护费用,但会导致更高的电能损失。

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,目前仅用于传动链等核心部件的在线监测。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。

2.海上风电维护路径优化

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。随着海上风电向远深海、大型化、基地化方向发展,维护路径优化也是需要迫切深入研究的课题。

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。目前的研究主要从两个方面解决大规模组合优化求解问题。一方面是简化非线性路径规划模型,采用线性模型近似原非线性问题;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。

3.海上风电维护调度决策

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,海上风电大规模化发展迫切需要进行更深入的研究。

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。

原文发表在《全球能源互联网》2019年第2卷第2期。

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)

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