即使从全球范围来看,海上风电在今日还是一个新兴的行业。虽然它的发展速度已经远超人们的预期,但是还远称不上完善。世界上第一座海上风电场在丹麦,它于 1991 年投入运行,2017 年退役拆除,比最早预期寿命延长了 6 年。由于资源的短缺,欧洲很多国家很早就投入到了海上风电的建设当中,世界上的海上风电场也主要集中在地中海区域。
2017 年 3 月,Vindeby海上风电场正式宣告退役
我国风电产业虽起步晚,但是增长快。前几年我国实行的补贴政策推动了风电行业的“抢装潮”,着实推动了相关行业的发展。从 GWEC(全球风能理事会)2022 年发布的海上风电行业报告来看,来自中国的企业已成为全球最大的海上风电风机基础的制造商,把常年位居榜首的龙头企业西门子歌美飒挤出了前三,而我国生产的风机还未在境外完成过安装,这就表明巨大的产量全部都投入到了国内市场。
中国风机产量已居于世界第一
现阶段,我国主要的电还是来源于火力发电,尽管经过的技术革新,大型的火电站的对环节污染已不像原来那样严重,但是燃煤产生大量的碳排放是不可避免的。另外,煤炭资源不是取之不尽用之不竭的,尽管较其他国家而言,我国煤炭资源丰富,但是毕竟资源是有限的,开发新能源是必然的。除了火电外,第二大来源是水电,但是水电在目前也无法满足我国的用电需求,加上近年异常气候频发,对水电站也产生了一定的影响。这让发展新能源的需求愈发迫切了起来。
海上风电有许多显著的优点。第一就是优质的海风,风力发电最关键的因素就是风的大小,而海上风况普遍优于陆上,离岸 10 千米的海上风速通常比沿岸要高出 20%。在同等条件下海上风力机的年发电量能比陆上高 70%。同时海上很少有静风期,因此风力机的发电时间更长。通常来说,陆上风力机的年发电利用小时数大约是 2000 小时,而海上风力机往往能达到 3000 多小时。对于我国而言,约一万八千多千米长的海岸线,加之 6000 多个岛屿,相对于陆地,我国近海风能资源更为丰富。
三峡庄河海上风电场
第二是节省了陆地的使用,同时减少了对居民及环境的影响,巨型的风机若安装在居民区附近,会产生视觉以及听觉污染,持续旋转产生的阴影和噪音会对居民产生不小的影响。陆上风机在建造运输的过程对自然环境也会产生些许的破坏,也有研究机构表明,风电站对自然生物也会造成影响。海上风电很大程度上避免了这些陆上风电的老问题。
事情都有两面性,能源也不例外。海上环境恶劣,这使得海上风电的劣势其实也是显而易见的,它施工难度大,维护困难,成本较高。一般认为,海上风电的开发成本比陆上风电要高出 50%。目前来看,发展新能源的目的不是为了取代现有的某一发电模式,而是在优化能源的结构,形成一种更健康的对环境更为友好的产业。
海上风力发电场容易受到来自海上极端条件的许多维护问题的影响,高故障率在海上风电发展早期并不鲜见,人们对海上恶劣的自然条件还是预估不足。传统陆上机组沿用到海上往往会导致频发的“齿轮箱故障”。我国早期发展海上风电时也走过改装陆上机组下海的路,结果可想而知。现在一台桩机从生产组装到最后退役,其实一般也只有25年的时间,但安装完成后,就会进入运维期。
海上风电运维难度大,成本高。从难度上看,运维作业工况恶劣,除去可能会遇到台风的状况,平常也会遇到气旋所带来的大风、团雾、雷雨这些不适合出海的天气,同时又受大幅浅滩,潮间带各潮汐影响。种种因素造成了通达困难,交通设备选择困难,使得海上运维作业有效时间短,安全风险大。从成本上来看,运维的成本实际上和装机成本相当,甚至要略高于装机成本,约占用电成本的 25%。降低长期维护的成本,无疑是对风电发展极为有利的。
25 年中的前 5 年,风机制造商会提供质保,之后则需要电场自行维护。除了叶片和汽轮机,水下的部分也是维护的重难点,包括桩基,海缆等。擅长水下检测的 ROV 为电力生产商提供了一种经济高效的解决方案,它可以密切关注水下的状况,能完成包括风电桩基(沁水构件)检测、牺牲阳极检测、冲刷腐蚀检测在内的多种检测任务。相对于培养水下作业人员,ROV 更易于使用,可以为风电公司节省定期检查的费用,也能够更准确客观的对水下结构进行监测,降低事故发生的风险。
案例一
2020 年 11 月,我公司应江苏省风电龙头企业邀请,为海上风电装置进行整体的检查维护工作,使用我司 ROV 及相应传感器产品进行水下检测,维护等工作。本次海上维护顺利完成,获得业主单位一致好评,为客户和国家挽回难以估量的损失,创造了巨大的经济和社会效益。
案例二
海上风电装置经过长期运行,受潮汐影响,桩基及桩基底部会产生腐蚀疲劳(导致电器设备失效)、钢结构寿命降低等情况,因此需进行整体的检查维护工作,为后续故障分析及解决方案提供有力的数据图像支持。2021 年 3 月,我公司应业主单位邀请,使用缆控无人潜航器 R1-45 搭载前置多波束声呐对大连市海上风电场址升压站桩基等水下构件进行水下探摸和桩基础相关信息测量。
案例三
2021 年 4 月,我公司携带缆控无人潜航器 R1-45 通过水上摄像系统及前置多波束声呐对青岛海域的海缆的情况进行监测,确认海缆是否存在断裂以及确定位置等问题,对发现问题的地方进行定位,并进行驻足观测,为之后维修提供科学依据。
海上发电的蓬勃发展推动了我国双碳目标的实现,助力我国能源结构转型。抢装潮过后,海上风电步入了正常的发展轨道,逐渐走向成熟。博雅工道作为海洋装备制造企业,也一定会持续在海上风电产业的“下游”发挥自己的优势,贡献自己的力量。