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风电后市场迎来爆发,智能运维守护风电稳健发展

日期:2023-01-10    来源:奋兮科技

国际风力发电网

2023
01/10
13:52
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关键词: 风电后市场 风力发电 风电设备

我国风电后市场将迎来爆发

风电作为技术成熟、环境友好的可再生能源,已在全球实现大规模开发应用。我国虽起步较迟但迅速发展赶超,已成为世界第一大风力发电国。截至2022年上半年,我国风电累计装机容量超350GW。

图1:我国风电装机概况

随着风电装机规模持续增长,风电设备也出现了显著的大型化、平价化趋势,利润走低,体量庞大的老旧机组也亟待退役。风电后市场成为新的爆发点,风机设备的退役回收、风电机组的运行维护都成为热点议题。

图2 :我国风电后市场潜力巨大

由于运维、安全管理不当,我国风机事故频发。仅今年上半年,安阳、周口、新乡皆现风电倒塌事故。如何确保风力发电机组的安全、顺利运转已引起重视。

风电运维:风电后市场的巨大增长空间

风电运维的重要性在全球已广泛引发关注。过去十年可称之为全球风电市场的“黄金十年”,迅速扩容的市场也催生了风电运维服务市场需求。据美通社(PR Newswire)报道,2031年全球风电运维市场价值可达398亿美元,在2021-2031年间9% 的复合年增长率增长。而我国风电运维市场至2025年也将达到超过三百亿元的体量。

风电运维成本主要包括常规检修、故障维修、备品备件购置、保险费以及管理费用五个方面。目前越来越受各国重视的海上风电机组,其运维成本较陆上风电更高,维护时需购买或租赁运维船和吊装船。此外由于海上风电场可达性较差,运维时间和时长受天气和海洋环境影响较大,已受损部件的及时维护难。据统计,海上风电运维成本约占其全生命周期成本的40%。

图3:风电运维成本构成及海上风电场维护成本占比

传统运维模式多以计划性定时定点维修为主,导致维护成本非常之高。维修故障中一半为非计划性的零部件损失,大大增加了运营成本。且风电机组的运维要求对外观进行半年和年度维护,每次维护都要进行叶片的外观检查,巡检工作量非常之大。风电机组多分布于地域偏远、人员稀少、环境恶劣地区,依靠人力进行巡检维护的成本高、效率低,且缺乏数据的汇拢。有时候巡检人员还需要去攀爬到叶片上进行检查,存在严重安全隐患。

降低运维成本也是风电企业始终关注的议题。在风电行业中,76%的企业需要降低非计划性年运维成本,60%的企业表示需要降低大部件维修及备件运维成本。传统的风电安全检查及运维方式已跟不上风电飞速发展的节奏与运维需求,风电运维必须向预测性维护转型,通过物联网、大数据、人工智能技术,利用数据驱动运维智能化:

· 变事后补救为事前预防,实现故障早期预警,提前制定维修决策和做好维修准备,减少非计划停机损失和多次维修带来的费用,通过无人机、机器人等精确定位故障,提高维修效率、减少维修损失;

· 以技术预防代替人工预防, 24小时全天候智能监管,克服风电场环境恶劣的问题,降低人力疏忽带来的失误和遗漏;

· 边缘计算与云端数据分析相结合,基于数据统计与分析,为故障模式判定与管理过程优化提供量化决策依据,实现机组全生命周期智慧化。

全球风电智能运维主要参与者

高效运维服务助力风电行业长期发展。全球龙头风电企业均积极与合作伙伴、客户等开展合作,除产品交付外,也提供产品生命周期的监测、运维服务,以在陆上和海上站点实现机组最佳性能。

图4:全球龙头风电企业智能运维服务举例

除对风电机组整体进行状态监测和维护外,针对机组中价值最高且运维难度较大的叶片,也有不少企业推出专项服务进行监测和智能运维。

图5:全球风机叶片智能检测维护服务参与者

我国风电运维行业参与情况

我国风电行业发展飞速,风电机组已基本实现国产化,且国内风电龙头金风科技、明阳智能、东方电气等在全球也已占据一定份额。国内两家企业金风科技和远景能源分别占比全球风电市场规模的12.1%、8.5%。机组运维市场也基本实现国产覆盖,竞争者包括风电整机制造商、风电场开发商与第三方运维服务商:

· 风机制造商作为产业链中技术主导方,拥有绝对的技术优势,目前占据重要地位;

· 风电场开发商在开拓运维市场之时占据先天优势;

· 第三方运维服务商的议价能力显弱,但不受机型约束,可迅速跟踪最新技术改进成果,在市场反应速度方面具有优势。核心竞争力在于大量的数据和行业know-how,需要长期积累,强者愈强。

图6:风电运维主要参与者(参考前瞻经济学人报导)

从业务重点领域来看,智能运维服务是目前风电上市企业布局的重要方向之一,例如金风科技推出覆盖风电机组全生命周期智慧运维服务解决方案;运达股份也将智慧服务作为长期发展的重点业务板块;中国海装通过搭建诊断预警平台实现预防性运维,以创新平台模式实现海上风电运维的提质增效;华能集团“陆上风电场智慧运维系统”也已投入运行。

开发商、整机商、第三方在未来市场将长期共存,风电智能运维市场的竞争预期将持续加剧,以优质取胜于市场。

我国风电智能运维部分用例

上文已将我国风电运维参与者分为整机制造商、风电场开发商、专业第三方三类,因此于本节各举对应一例。

整机商:运达股份WM系列智能状态监测系统

运达股份自主研发了故障预测与健康管理(PHM)系统,通过对多源遥感信号的综合特征提取与分析,实时跟踪风力发电机组健康状况,辨识故障停机风险。系统实现了对桨叶、变桨系统、传动链、变流器等核心部件的全方位健康监测,预警准确率高于85%。

该平台旨在实现机组的全方位健康监测,辅以智能化的运维排程和备件调度策略,实现风电场MTBF提升50%以上、发电量提升3%以上、运维成本降低20%以上。

图7:风电机组PHM系统,运达股份

以运达股份与中水顾问联合打造的睢县项目为例,该项目机组采用先进的控制策略与拓扑优化的整机结构框架,同时配备在线监测系统及自主研发的故障预警系统,对机组振动、关键部件螺栓及风机的健康状态进行监测与预警,提高机组的灵敏度和可靠性,降低了故障率和停机时间,增强了主动预判和处置效率。运行9个月即已累计输送清洁能源11176万千瓦时,完成年度目标的107.31%。

开发商:中广核新能源Nature+智慧运维体系

基于平台内置的数据处理、算法节点,以类工作流的模式迅速完成机器学习、深度学习等算法模型的构建,实现数据洞察,精准预测。

设备预测性健康管理系统在中广核新能源运行两年来共发布预警超1500条,经现场排查反馈,预警准确率达80%,对发电机轴承过温、变桨电机过载、齿轮箱油压力低引起的润滑不良等有明显指导性。

图8:Nature+智慧运维体系的精准状态识别,中广核风能

第三方:天泽智云BladePredict叶片卫士

天泽智云开发了BladePredict叶片卫士,采用非接触的部署方式,通过不直接接触叶片的声音传感器实时采集叶片运行过程中的音频数据,结合内置的智能算法,能够实时监测叶片异常。

图9:BladePredict叶片卫士 运行监测界面,天泽智云

经过在某容量50MW的高雷暴风场实地测试,在更换、维修与发电量损失维度,天泽智云BladePredict 叶片卫士?可为企业节约最高86%的成本。

风电运维发展的趋势与展望

可以预见的是,无论对于新建风场的智能化标配,还是老旧风场的智能化升级,所带来的成本降低和直接经济利益增长都非常可观,有助于风电行业企业打造和提高核心竞争力。好的运维策略应该为设备带来安全性、可用性及经济性上的平衡,智能运维已成为风电行业的最优选。

此外,参照目前国外风电商业模式的发展,平价时代的降本需求促使整机商积极开拓新的盈利模式,转型风电整体解决方案提供商。整机商经营思路正从产品向全生命周期解决方案转变,长协议运维或成未来趋势。

同时,随风电行业政策标准的发布与完善,风电运维市场逐步走向规范化,行业服务标准和准入机制将逐步建立。技术服务体系健全、管理规范的第三方服务商或将获得更多机会。考虑到质保期外市场需求的增长,风电场开发商也有望转变运维态度,或给予第三方运维企业承接项目的新契机。

智能化运维、全生命周期运维,各类参与者间形成良性竞争关系….随技术水平不断提高及相关政策、标准的发展落实,更高效的风电运维将会为风电行业的发展带来更安稳的守护。

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