基于平價上網(wǎng)的海上風(fēng)電運維策略分析

周瓊芳

摘 ?要：海上風(fēng)電是最具規(guī)?；_發(fā)的可再生能源。2020年我國海上風(fēng)電裝機容量將突破8.5GW。2019年起推行海上風(fēng)電平價上網(wǎng)，對海上風(fēng)電的發(fā)展產(chǎn)生深刻影響。目前海上風(fēng)電運維成本高，運維成本是陸上風(fēng)電的2～3倍，在度電成本占比高達25%～40%。研究發(fā)現(xiàn)，科學(xué)合理的運維策略是降低海上風(fēng)電度電成本的有效途徑，采用預(yù)防性維修策略，出海運維作業(yè)次數(shù)下降34.7%，可有效降低海上風(fēng)電度的運維成本和度電成本。

關(guān)鍵詞：海上風(fēng)電;平價上網(wǎng);度電成本;運維策略;預(yù)防性維修

中圖分類號：TM614 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）22-0126-03

Abstract： The offshore wind power is the most valuable renewable energy for large-scale development. The total capacity of offshore wind power will exceed 8.5 GW by 2020 in China. The government has been promoting the wind power grid parity since 2019， which will be far-reaching effects on the development of offshore wind power. Now the cost of operation & maintenance of offshore wind power is high， which accounts for 25%～40% of the levelized cost of electricity （LCOE） and is 2～3 times that of onshore wind power. It is found that scientific and reasonable operation & maintenance strategy is an effective way to reduce the LCOE. Preventive maintenance （PM） strategy can reduce the number of shipping operations by 34.7%， thus effectively reducing the cost of?operation & maintenance and LCOE of offshore wind power.

Keywords： offshore wind power; grid parity; levelized cost of electricity （LCOE）; operation & maintenance strategy; preventive?maintenance （PM）

前言

目前，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)日益成熟，單機容量大型化和規(guī)?；_發(fā)趨勢明顯，其中海上風(fēng)電資源豐富、環(huán)境污染小，受到廣泛關(guān)注[1]。自2010年我國上海東海大橋風(fēng)電場并網(wǎng)以來，海上風(fēng)電發(fā)展迅速。全球風(fēng)能理事會（GWEC）的數(shù)據(jù)統(tǒng)計，截至2018年底，全球海上風(fēng)電累計裝機容量23GW，其中中國4.4GW，占比約19.2%（如圖1）。全球海上風(fēng)電正進入加速發(fā)展階段，預(yù)測未來五年全球?qū)⑿略鲅b機容量32～40GW，其中2020年中國海上風(fēng)電累計裝機容量將突破8.5GW，2022年達到11.5GW。

隨著海上風(fēng)電技術(shù)進步和規(guī)?；_發(fā)，我國海上風(fēng)電的單位容量投資成本逐年下降，為海上風(fēng)電參與競價上網(wǎng)和平價上網(wǎng)創(chuàng)造了基礎(chǔ)。

1 我國海上風(fēng)電上網(wǎng)電價政策

目前，我國潮間帶風(fēng)電上網(wǎng)電價（含補貼）為0.75元/kWh，近海風(fēng)電上網(wǎng)電價（含補貼）為0.85元/kWh。

近兩年，國家加快了海上風(fēng)電平價上網(wǎng)的步伐。2018年5月，國家發(fā)改委能源局頒布《關(guān)于2018年度風(fēng)電建設(shè)管理有關(guān)要求的通知》（國能發(fā)新能〔2018〕47號），要求2019年及以后新增核準的海上風(fēng)電采用競價上網(wǎng)方式。2019年1月，國家發(fā)改委能源局發(fā)布《關(guān)于積極推進風(fēng)電、光伏發(fā)電無補貼平價上網(wǎng)有關(guān)工作的通知》（發(fā)改能源〔2019〕19號），2019年5月配套出臺《關(guān)于公布2019年第一批風(fēng)電、光伏發(fā)電平價上網(wǎng)項目的通知》（發(fā)改辦能源〔2019〕594號），2個通知要求積極推進海上風(fēng)電平價上網(wǎng)，力爭2020年全面實現(xiàn)平價上網(wǎng)。隨著競價上網(wǎng)和平價上網(wǎng)的不斷深化和推進，將對我國海上風(fēng)電的發(fā)展產(chǎn)生深刻的影響。目前，我國海上風(fēng)電的上網(wǎng)電價普遍高于煤電標(biāo)桿上網(wǎng)電價，按照通知精神，推行平價上網(wǎng)，海上風(fēng)電將面臨巨大的運維壓力。對于海上風(fēng)電，降低運維成本將是全行業(yè)健康發(fā)展的關(guān)鍵。

2 我國海上風(fēng)電的電價水平

統(tǒng)計我國沿海9省市海上風(fēng)電的電價水平，其中項目資本金比例、資本金內(nèi)部收益率、貸款利率按30%、10%、4.9%，各省市平均上網(wǎng)電價測算見表1[2]。表1顯示，海上風(fēng)電上網(wǎng)電價較煤電標(biāo)桿上網(wǎng)電價高0.3528～0.479元/kWh。

3 我國海上風(fēng)電運維現(xiàn)狀和存在的問題

海上風(fēng)電運維工作包括設(shè)備管理、技術(shù)管理、安全管理、人員管理以及維護成本控制等。國內(nèi)海上風(fēng)電運維模式主要有3種方式[3]：開發(fā)商自主運維、委托制造商運維和獨立第三方運維。由于開發(fā)商自主運維方式能夠有效控制運維成本，保障機組設(shè)備的可靠性和可利用率，是未來海上風(fēng)電運維的主流模式[4]。

我國海上風(fēng)電的運行維護具有顯著的特點：（1）運維市場潛力巨大，預(yù)計2020年質(zhì)保到期的海上風(fēng)電機組總?cè)萘繉⒊^1000MW;（2）運維市場處于初步發(fā)展階段，缺少海上風(fēng)電運維經(jīng)驗，海上風(fēng)電運維成本統(tǒng)計和分析數(shù)據(jù)的積累尚不夠充分;（3）國產(chǎn)海上風(fēng)電機組的試驗、驗證工作不充分，機組故障率高，運維成本高;（4）風(fēng)電運行和維護存在脫節(jié)，由于風(fēng)電開發(fā)過程中過于依賴設(shè)備供應(yīng)商的技術(shù)支持，開發(fā)商缺乏獨立進行風(fēng)電場運維的能力;（5）海上風(fēng)電涉及海洋、海岸、船舶、電力等多個行業(yè)，專業(yè)復(fù)雜且技術(shù)要求高，海上風(fēng)電相關(guān)的安全、信息、機組維護、運維交通及調(diào)度等方面尚未有相應(yīng)的國家和行業(yè)標(biāo)準、規(guī)范;（6）缺乏風(fēng)電機組運行狀態(tài)分析和評價的工具和方法，無法對運維成本進行精確的估計和測量[5]。

根據(jù)海上風(fēng)電場運維統(tǒng)計數(shù)據(jù)，海上風(fēng)電運維成本是陸上風(fēng)電的2～3倍[6]，運維成本高的主要原因：（1）海上風(fēng)電機組運行環(huán)境惡劣，風(fēng)電設(shè)備易受鹽霧、臺風(fēng)、海浪、雷電等惡劣條件影響，風(fēng)電機組部件失效快，機組故障率高，維修工作量大。據(jù)統(tǒng)計，齒輪箱、發(fā)電機和風(fēng)機軸承等關(guān)鍵部件故障占比50%以上[7]，海上風(fēng)電機組的年平均可利用率一般只有90%左右，低于陸上風(fēng)電機組95%～99%的可利用率[8];（2）海上風(fēng)電運維的可達性差，運維需要特殊的運維船只、機具，零部件的運輸和吊裝成本遠高于陸上風(fēng)電，如1個容量30×5MW的風(fēng)電場需要配備1艘運維船，每年的租賃費用約200萬元[9];（3）海上運維受天氣因素影響大，機組有效維護時間短且具有隨機性，每年有效維修作業(yè)時間不足200天且集中在4～9月，維護成本高[10];（4）缺少海上風(fēng)電運維經(jīng)驗，維護作業(yè)側(cè)重于修復(fù)性維護，預(yù)防性維護能力差[11]。據(jù)有關(guān)文獻介紹，海上風(fēng)電運維成本在度電成本中的占比高達25%～40%[12-16]。

4 海上風(fēng)電運維策略

為了保證和維持風(fēng)機設(shè)備的可利用率，必須運用科學(xué)合理的運維策略和手段。同時，海上風(fēng)電機組運行環(huán)境惡劣，運維難度大，科學(xué)合理的運維策略也是控制運維成本的關(guān)鍵。

目前，海上風(fēng)電運維策略主要有定期維護策略、事后維護策略和預(yù)防性維護策略[17-18]。定期維護是我國海上風(fēng)電最為普遍的一種運維策略，一般每年2次定期維護，由于該方式不能全面、及時地了解設(shè)備真實的運行狀況，容易增大故障風(fēng)險，增加維護成本[19]。事后維護是一種被動消極的維修策略，其結(jié)果影響風(fēng)機設(shè)備的可靠性和可利用率。

預(yù)防性維護策略（Preventive Maintenance，PM）以預(yù)防故障為目的，通過設(shè)備日常檢查、檢測數(shù)據(jù)判斷風(fēng)機設(shè)備運行狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)故障征兆，在未發(fā)生故障但達到故障設(shè)定值時進行維修維護[2]。預(yù)防性維護將設(shè)備的事后維修改為事前預(yù)防維修，能有效防止設(shè)備故障的發(fā)生，設(shè)備檢修從技術(shù)和備件上更有準備，減少設(shè)備停機待修、檢修時間和非計劃的故障停機損失，延長設(shè)備使用壽命，降低維修費用。從長期影響和成本比較看，預(yù)防性維護比定期維護或事后維護更有意義。

通過風(fēng)機預(yù)防性維修策略模型，基于海上風(fēng)電故障維修的威布爾分布函數(shù)，采用遺傳算法對機會維修閾值進行優(yōu)化[17]。模型研究運行周期730天，預(yù)防性維修造成風(fēng)機平均停機時間降到16.35天，出海運維作業(yè)次數(shù)由原來的72次降到47次，下降34.7%。模擬結(jié)果顯示預(yù)防性維修策略可有效減少運維次數(shù)，有助于降低風(fēng)電場運維成本，提高運維活動安全性和靈活性，避免維修過剩情況出現(xiàn)，減少停機損失。

5 結(jié)束語

（1）通過9省市海上風(fēng)電的上網(wǎng)電價測算，我國海上風(fēng)電上網(wǎng)電價普遍高于煤電標(biāo)桿上網(wǎng)電價，電價差值0.3528～0.479元/kWh。海上風(fēng)電平價上網(wǎng)將對我國海上風(fēng)電的發(fā)展帶來深刻影響。

（2）目前，海上風(fēng)電運維成本是陸上風(fēng)電的2～3倍，在度電成本占比高達25%～40%。研究發(fā)現(xiàn)，科學(xué)合理的海上風(fēng)電運維策略是降低運維成本和度電成本的有效途徑，采用預(yù)防性維修策略，風(fēng)機平均停機時間下降到16.35天，出海運維作業(yè)次數(shù)下降34.7%，可有效降低海上風(fēng)電度的運維成本和度電成本。

（3）我國海上風(fēng)電運維管理仍處于研究與探索應(yīng)用階段，現(xiàn)有海上風(fēng)電運維費用較大，如何利用先進技術(shù)和管理手段，降低運維成本，探索科學(xué)、合理、高效、可行的運維管理模式，將是今后海上風(fēng)電運維策略研究的重點。

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