西門子歌美颯的技術負責人在與Wind Power Monthly訪談時談到如何提高產(chǎn)品可靠性，減少停機時間，以及隨著風電行業(yè)的發(fā)展與其他制造商進行合作的可能性。
西門子歌美颯近期宣布，其直驅型海上風電機組在2020年的全球平均可利用率超過97％。可利用率定義為風機可用于發(fā)電的時間量，高利用率意味著更高的年發(fā)電量，可為風電場業(yè)主/運營商帶來更多的年度收入。
收入增長
通過實例計算可知，歐洲北海一個風電場（配備80臺11 MW風機，風力分布正常）在年發(fā)電量增加1％的情況下，年收入可增加140萬歐元。由于項目現(xiàn)場和風機現(xiàn)場人員難以實施實時運維，尤其是在秋季和冬季，因此，對于海上風機而言，提高風機的可靠性對于減少停機時間和計劃外的維護工作顯得尤為重要。
提高安裝可利用率的主要影響因素是技術的穩(wěn)健性和可靠性，以及負責長期資產(chǎn)維護的專業(yè)快速響應服務團隊。
西門子歌美颯技術負責人默滕·拉斯姆森（Morten Pilgaard Rasmussen）表示，西門子歌美颯當前直驅型海上風電機組的高利用率可以歸結為幾個主要因素的結合。
他說：
“這些影響因素包括我們自1991年開創(chuàng)Vindeby項目以來積累的豐富的海上風電經(jīng)驗，系統(tǒng)化漸進式的產(chǎn)品開發(fā)策略，以及全球最大的可運行海上風電機組，包括1200多臺直驅型風機，以及2500多個齒輪型風機。”拉斯姆森補充道，這些數(shù)字不包括西門子歌美颯的中國合作伙伴上海電氣生產(chǎn)的風機（主要是齒輪型）。
Vindeby（上圖）是全球首座海上風電場，于1991年安裝在波羅的海，其配備了11臺半標準、失速調節(jié)的高速齒輪型Bonus 450 kW風機。它成功運行了26年，于2017年退役并被拆除。
2009年，西門子歌美颯開始設計開發(fā)直驅型海上風機，最初的3 MW平臺 SWT-3.0-101。這種開創(chuàng)性的風機概念將完全集成的傳動系統(tǒng)與前置的外轉子分段式永磁發(fā)電機和支承轉子和發(fā)電機的單雙列圓錐滾子軸承結合在一起，并成為所有后續(xù)型號的藍圖。
產(chǎn)品不斷演變
兩年后，海上風電專用的6 MW平臺 SWT-6.0-120 ( 第一代) 成為了下一個開發(fā)的主要產(chǎn)品。2012年，它演變?yōu)樯壈娴?SWT-6.0-154，該升級版將葉輪直徑擴大至154米。
經(jīng)過幾代人的努力，該設計已演變?yōu)樽钚碌?1 MW平臺 SG 11.0-200 DD (第五代) , 現(xiàn)已獲得臨時型號認證，并且正在加速生產(chǎn)。
2019年1月發(fā)布的SG 10.0-193 DD 樣機和2019年11月發(fā)布的升級版 SG 11.0-193 DD擁有10-11MW的額定功率都處于樣機階段, 之前的公司合同均已升級為SG 11.0-200 DD。
丹麥?sterild測試風場運輸B97葉片，安裝于SG 11MW樣機
拉斯姆森繼續(xù)說道：
“逐漸演變的產(chǎn)品開發(fā)策略的一個關鍵是，各代風機均需要不斷地進行必要的改進和優(yōu)化，并將其延續(xù)到下一代平臺中，這種不斷發(fā)展的系統(tǒng)化方法和成熟的技術原理在實現(xiàn)當前的高可靠性以及超過97％的海上風電機組可利用率方面發(fā)揮了重要作用。這符合我們的座右銘，即‘除非人為干預，風機不應停止運轉’?！?/p>
這一策略使得西門子歌美颯最新的11 MW平臺 SG 11-200樣機快速達到95％的平均可利用率。這也是能夠提高所有新平臺機型量產(chǎn)的關鍵因素。
即將面世的旗艦產(chǎn)品 SG 14-222 DD (第六代) 將采用類似的可利用率途徑，計劃于今年晚些時候安裝樣機。西門子歌美颯遵循一個簡單而又實用的原則：如果可行，那就廣泛應用！
因此，完全集成的傳動系統(tǒng)從早期開始就被證明是一種高度可靠的解決方案。盡管3 MW直驅型風機的單轉子-發(fā)電機軸承存在一些早期問題，但在根本原因分析表明其與某個特定供應商和質量問題存在直接聯(lián)系之后，這些問題得以迅速解決。拉斯姆森解釋說，偶爾發(fā)生的轉子-發(fā)電機軸承故障無法避免，因為這些故障與任何滾子型元件都有著內(nèi)在聯(lián)系。
簡易化處理
他認為，機械上更為簡單的直驅型風機（旋轉元件較少）優(yōu)于海上安裝的所有早期齒輪型風機。但是，拉斯姆森指出，西門子歌美颯的整個海上風電機組（包括齒輪型風機）也達到了97％以上的平均可利用率。
齒輪型風機產(chǎn)品組合包括2 MW（1999年/2000年）和升級后的2.3 MW系列（2003年），已廣泛安裝的3.6 MW“海上風電經(jīng)久耐用產(chǎn)品”（2004年，轉子尺寸于2009年有所增加）以及最終的4 MW 平臺SWT-4.0-130（于2012年推出）。
630 MW London Array風電場包括175臺齒輪型SWT-3.6-120風機
他說道：
“從一開始，我們的海上風電產(chǎn)品的整體開發(fā)策略包括對所有主要組件進行嚴格測試。在資產(chǎn)運營階段，我們的重點是確定任何意外停機的根本原因，并算出必要補救措施的成本。如今，數(shù)字化技術的進步可為單個風機、各代風機以及跨平臺級別積累大量的運行數(shù)據(jù)，停機的根本原因分析因此大大受益?！?/p>
作為公司戰(zhàn)略的一部分，西門子歌美颯對可利用率的關注不僅僅局限于主要組件。在惡劣的天氣條件下無法接近風機時，若所謂的小組件（如開關和印制板之類相當便宜的小物件）發(fā)生故障，也會導致停機、發(fā)電小時數(shù)減少并因此導致收入損失。
拉斯姆森說，一種可能的應對策略是通過增加具有類似功能的組件來保證充足庫存，該組件可以立即接管相同的工作，但這并不是海上風電的常用方法。
他解釋說：“相反，我們選擇使用專門的程序來解決那些可導致大量故障的設計相關問題，通常發(fā)生在相對廉價的關鍵組件中?！?/p>
“幸運的是，許多此類廉價和較昂貴的小型組件已經(jīng)具有很高的可靠性，例如廣泛用于風機控制系統(tǒng)的工控機。西門子歌美颯從幾十年海上風電經(jīng)驗中得到的一個普遍教訓是:無論組件大小，要確保其設計始終符合最高的穩(wěn)健性和耐用性標準。”
模塊化設計的優(yōu)勢
拉斯姆森表示：
分段制造的發(fā)電機定子和由多個模塊組成的兩個變流器等風機模塊化設計也有利于提高可利用率。這些模塊化設計意味著假如一個或多個發(fā)電機定子或者變流器發(fā)生故障，風機也可在降低最大輸出功率的情況下繼續(xù)運行。
“在情況允許以恢復完整的運營前，這將極大地降低產(chǎn)出損耗，進而減少收入損失。我們的分段型發(fā)電機設計甚至能允許發(fā)電機在單個或兩個相鄰模塊出現(xiàn)故障并造成不對稱負載的不利情況下繼續(xù)運行?！?/p>
當一個特定故障問題需要進行計劃外的服務干預時，部署運維船或直升機需要考慮多種因素，并要根據(jù)實際情況具體分析。確定船只可以靠近的天氣、修復或更換故障部件的所需時間、受影響的風機數(shù)量、組件尺寸還有各種方案的成本預算都是需要考慮的關鍵因素。
技術人員如何進入風機進行維修和保養(yǎng)要根據(jù)實際情況具體分析，取決于天氣和自然條件等因素
如果單個組件更換速度夠快，那么無論是一臺還是多臺風機，直升機都是更換小型組件的最佳選擇。
相比之下，大型組件的最大劣勢就是通常需要部署一艘自升船。無論發(fā)生故障的是發(fā)電機還是單個轉子軸承，都需要先拆除轉子，然后更換整個全集成機組。拉斯姆森表示，“軸承-發(fā)電機組更換操作已經(jīng)優(yōu)化至可以在一天內(nèi)完成整機更換的程度，約等于安裝一個新的風機機艙加轉子的時間?！?/p>
“事實證明，這是快速且具有成本效益的策略，有助于避免漫長且昂貴的海上補救作業(yè)，并最大程度降低了發(fā)電小時數(shù)損失。此外，大部分海上作業(yè)的成本實際上都花費在大型船只的調動上，而不是作業(yè)所需的那幾個小時。”
事件捆綁處理
拉斯姆森解釋道：
“尤其是當船只可以捆綁處理多個事件時更是如此，得益于內(nèi)部診斷能力，我們在需要更換的前幾個月就能夠發(fā)現(xiàn)潛在發(fā)展中的損壞?！?/p>
在他看來，97%以上可利用率這一里程碑并不是終點，但隨著很多可行的方案已經(jīng)被實施并不斷優(yōu)化，進一步的增長將變得更加困難。
未來，隨著單個風場規(guī)模和項目數(shù)量的巨大增長，以及風機尺寸的不斷增加，運維服務的組織結構也必須隨著海上風機裝機量的高速增長而不斷優(yōu)化。這意味著服務團隊的進一步規(guī)模化和專業(yè)化，并要重新思考如何在更大范圍內(nèi)優(yōu)化船只和直升機的部署。
拉斯姆森表示，無論范圍如何，快速抵達風機都是重中之重，即便在惡劣的天氣條件下也是如此，這樣才能最大程度地減少停機時間，確保優(yōu)越的性能以及高利用率。不久以后，全球主要市場和地理區(qū)域將有更多不同品牌和類型的風電場投入運營。
他總結道
“未來，考慮到全球海上風電的大規(guī)模增長以及隨之而來的變化，在不同的風電場業(yè)主和不同平臺之間共用高價設備甚至服務團隊會是更加經(jīng)濟的選擇。這種思路可以為所有的相關方，即制造商、開發(fā)商、承包商和客戶創(chuàng)造共贏的局面。”CWEA
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