海上风电机组可靠性、可利用率及维护.pdf

书书书新能源开发与利用丛书海上风电机组可靠性、可利用率及维护 英彼得塔夫纳（P e t e r T a v n e r）著 张通等译机 械 工 业 出 版 社为避免使用化石燃料并寻求新的电源，开发海上风电已经成为目前全球能源产业需要迫切解决的问题。英国风力资源丰富且海上风电场对环境影响较小，因此作为几个主要国家之一，英国正在大力发展海上风电技术。然而，为了开发海上风电必须解决一些重要的工程技术问题。这些问题主要围绕在如何能以与传统发电相竞争的单位成本捕获风能实现发电。这取决于海上风电场中风电机组的可靠性、可利用率以及寿命。通过经济高效的维护确保风电机组可利用率与寿命是降低海上风电寿命周期成本并推进这项新技术进一步发展的关键。本书旨在对这些问题进行论述，并为风电生产商、开发商以及运营商展示恶劣环境中的海上风电机组的运行与维护的状况。在此基础上，进一步建议如何能够通过维护降低海上风电机组寿命周期成本。最近几年全球风电发展速度加快，而海上风电因其具有资源丰富、不占用土地、通常靠近传统电力负荷中心等优点而受到了业界的广泛关注，正成为未来风电发展的重要方向之一。目前英国、德国、丹麦、荷兰等欧洲国家正在加大海上风电的开发力度。据估计，2 0 2 0年欧洲近海风电装机容量将达到 7 0 G W。我国于 2 0 0 7年开始发展海上风电，取得了长足的进步，至 2 0 1 6年底，我国海上风电累计装机容量已达到 1 6 3 0 M W，预计 2 0 2 0年将达到 3 0 G W。然而，为了开发海上风电必须解决一些重要的工程技术问题。这些问题主要围绕在如何能以与传统发电相竞争的单位成本捕获风能实现发电。这取决于海上风电场中风电机组的可靠性、可利用率以及寿命。通过经济高效的维护确保风电机组可利用率与寿命是降低海上风电寿命周期成本并推进这项新技术进一步发展的关键。本书旨在对这些问题进行论述，并为风电生产商、开发商以及运营商展示恶劣环境中的海上风电机组的运行与维护的状况。在此基础上，进一步建议如何能够通过维护降低海上风电机组寿命周期成本。本书主要由张通翻译，其他参加翻译的人员有马辰智、边晓婕、张茹敏、韩凝、张瑀彤、喻一伟、何淇彰、曹可凡、张鑫、吕晓薇、陈逍雨、向大为。本书内容所涵盖的领域非常宽广，限于译者的水平，加之时间仓促，书中难免会出现翻译不当甚至错误之处，恳请广大读者批评指正。译者为避免使用化石燃料并寻求新的电源，开发海上风电已经成为目前全球能源产业需要迫切解决的问题。英国风力资源丰富且海上风电场对环境影响较小，因此作为几个主要国家之一，英国正在大力发展海上风电技术。然而为了开发海上风电必须解决一些重要的工程技术问题。这些问题主要围绕在如何能以与传统发电相竞争的单位成本捕获风能实现发电。这取决于海上风电场中风电机组的可靠性、可利用率以及寿命。通过经济高效的维护确保风电机组的可利用率与寿命是降低海上风电寿命周期成本并推进这项新技术进一步发展的关键。本书旨在对这些问题进行论述，并为风电生产商、开发商以及运营商展示恶劣环境中的海上风电机组运行与维护的状况。在此基础上，进一步建议如何能够通过维护降低海上风电机组寿命周期成本。作者在相关领域具有 1 0年以上的工作经验，特别是在运行与制造用于传统化石燃料电站与核电站的电气设备方面。风电行业可从传统发电工业中获得很多经验来降低全寿命周期成本。然而现代化石燃料电站与核电站都是专门设计、室内安装、一天 2 4 h/一周 7天不间断人工值守的电厂，它们的工程实用性已经经过 8 0多年的长期验证。作者从早年海军培训的经历中还了解到优良的设计、制造及维护对确保舰船在远海运行具有十分重要的作用，尽管舰船同样采取 2 4 h/7天不间断操控。过去 1 0 0多年的海洋贸易经验已经证明如何实现海上设备可靠高效运行。另外，从过去 4 0多年海上石油与天然气工业中，特别在北海（这里已安装或即将安装许多海上风电机组），可以学到如何安装、维护以及高效运行海上工程设备的经验，包括吸取一些减少人工操作运行过程中出现的教训。海上风电与上述工业相类似，但具有无人值守、2 4 h/7天自动运行以及岸上远程监控的新特点。在海上风力发电站建造、维护以及高度自动化运行中会出现许多工程问题与挑战。利用现有传统电站、航海以及海上石油与天然气工业的经验可以帮助我们克服这些工程难题。与此同时，海上风电工业的成功同样离不开不断创新、新技术的研发以及优秀的制造与管理。英国风电咨询公司加勒德哈森 G L联合创始人 A n d r e wG a r r a d曾说过：“在很长一段时间内风电工业的口头禅是 越来越大，但现在它已经变成 越来越好，这表明风电技术创新方向的改变。”我希望这本根据我们在杜伦大学的研究工作并从英国的角度写作完成的图书可以帮助大家在未来达到这个目的。P e t e rT a v n e r杜伦大学在此，我要感谢对本书做出贡献的同事们以及我的博士生们，包括 M i c h a e lWi l k i n s o n、F a b i o S p i n a t o、C h r i s C r a b t r e e、C h e nB i nD i、M a h m o u t Z a g g o u t 和 D o n a t e l l aZ a p p a l a；以及本科生、研究生及博士后们，包括 H o o m a nA r a b i a nH o s e y n a b a d i、L u c yC o l l i n g w o o d、S i n i s aD j u r o v i c、Y a n h u iF e n g、R o s aG i n d e l e、A n d r e w H i g g i n s、M a r kK n o w l e s、T i n gL e i、L u k eL o n g l e y、Y i n g n i n gQ i u、P a u lR i c h a r d s o n、S a j j a dT o h i d i、We n j u a nWa n g、X i a o y a nWa n g、M a t t h e wWh i t t l e、J i a n p i n gX i a n g和 We n x i a nY a n g。同时，我也要感谢各位学术同僚，包括杜伦大学的 R o bD o m i n y、S i m o nH o g g、H u iL o n g、L i R a n 和 Wi l l i a mS o n g；以及 S u p e r g e nWi n d联盟的各位成员，他们是 G e o f fD u t t o n、B i l l L e i t h e a d、S a n d yS m i t h和 S i m o nWa t s o n；还有 B e r t h o l dH a h n、S t e f a nF a u l s t i c h、J o a c h i mP e i n k e、G e r a r dv a nB u s s e l 等欧洲风能学会（E u r o p e a nA c a d e m yo fWi n dE n e r g y）的同事们，感谢你们帮助我了解风能在欧洲的发展情况。我还要特别感谢之前就职于 G LG a r r a dH a s s a n 公司，现已工作于斯特拉思克莱德大学的 P e t e rJ a m i e s o n，感谢他在风电行业的数年经验，也要感谢他出版的 风力发电机设计创新一书（J a m i e s o n，2 0 1 1），这本书在提高风力发电机寿命性能方面起到了非常重要的作用。在此我也要提到卡塞尔大学的 J u r g e nS c h m i d 教授，他不仅是欧洲风能学会的创立人之一，还首次开展了对风力发电机可靠性的研究，并于 1 9 9 1年出版了此类内容的第一本图书（S c h i m i d&K l e i n，1 9 9 1）。我还要对在编写附录2的过程中，R e l i a Wi n d 协作项目中来自 G LG a r r a dH a s s a n公司的成员对我的帮助，以及E.O NC l i m a t ea n dR e n e w a b l e s 公司提出的宝贵意见表示衷心的感谢。我也要感谢为本书提供支持的各类研究基金：感谢英国工程及物理科学研究委员会对 S u p e r g e r nWi n d 项目一期、二期提供的资金；感谢欧盟提供了欧盟第七框架计划的 R e l i a Wi n d 协作项目基金。最后，我还要向为本书提供数据、照片的各位企业内的同僚表示感谢，感谢 A l n m a r i t e c 船业公司、A B B电气传动公司、阿尔斯通风电公司、科里坡海上风电公司、科孚德公司、G LG a r r a dH a s s a n公司、H a n s e nT r a n s m i s s i o n s M T S 公司，英国国家新能源中心、美国国家新能源实验室、西门子风电公司和 Wi n dC a t s 公司；感谢杜伦大学的 C h r i s O r t o n 精心制作的图表。符号含义A对于风力发电机，该符号指代高湍流特性B对于风力发电机，该符号指代中等湍流特性C对于风力发电机，该符号指代低湍流特性A可利用率，A=M T B F/（M T B F+M T T R）A（t）各类子部件可利用率的时间函数A c c加速寿命试验中的加速因子A E P年发电量（单位：M Wh）C容量系数（%）C o E能耗成本（单位：英镑/M Wh）F（t）故障强度（可由 P L P或威布尔分布方程表示）F或 F-1正向/反向快速傅里叶变换F C R年固定费用率（%）效率Hs海面波浪高度I C C初始资金成本（单位：英镑）I传动系统惯性（单位：k g m2）I湍流强度，定义详见 I E C6 1 4 0 0第 1部分，计算公式为 /uIc h a r湍流特性，定义详见 I E C6 1 4 0 0第 1部分Ir e f当风速 ur e f为 1 5 m/s 时的预期湍流值k能量平衡公式中的常数k un当风速 u 为 n（单位：m/s）时的湍流相关系数（t）子部件、机器的瞬时危险率函数（单位：故障/子部件/年）随时间变化的子部件、机器的故障率（单位：故障/子部件/年）N转子转速（单位：r/m i n）n年数P功率（单位：W）Pd e t故障检测概率p极对数Q热流动量（单位：W/m2）R电阻（单位：）R（t）各子部件可靠性或存活率函数的时间函数（单位：故障/机器/年）r贴现率（%）S具体发电量（单位：M Wh/m2/年）风速的标准方差T转矩（单位：N m）T温度（单位：）T温升（单位：）T波浪时长（单位：s）u风速（单位：m/s、m i l e/h、k n）子部件的故障间隔时间，计算公式为 =1/（单位：h）Vr e f位于风力发电机轮毂高度处的平均风速（单位：m/s）V方均根电压（单位：V）W风力发电机传动系统做功量角频率（单位：r a d/s）1 m i l e=1 6 0 9.3 4 4 m。1 k n=1 n m i l e/h=1.8 5 2 k m/h。缩略语英文全称中文解释A E PA n n u a l i s e de n e r g y p r o d u c t i o n年发电量A I PA r t e m i s I n n o v a t i v eP o w e rA r t e m i s 创新能源公司A L TA c c e l e r a t e dl i f et e s t i n g加速寿命测试A MA s s e t m a n a g e m e n t资产管理A M S A AA r m y M a t e r i e l S y s t e m s A n a l y s i s A c t i v i t y军用材料系统分析活动B D F I GB r u s h l e s s d o u b l yf e di n d u c t i o ng e n e r a t o r无刷双馈异步发电机B M SB l a d eM o n i t o r i n g S y s t e m叶片监控系统B O PB a l a n c e o f P l a n t工厂平衡C A P E XC a p i t a l e x p e n d i t u r e资本支出C B MC o n d i t i o n-b a s e dm a i n t e n a n c e基于状态的维护C M SC o n d i t i o nM o n i t o r i n g S y s t e m状态监控系统C o EC o s t o f e n e r g y发电成本D C SD i s t r i b u t e dC o n t r o l S y s t e m分布式控制系统D D P M GD i r e c t d r i v e p e r m a n e n t m a g n e t s y n c h r o n o u s g e n e r a t o r 直驱永磁同步发电机D D TD i g i t a l D r i v eT e c h n o l o g y（A I P）数字驱动技术（A I P）D D WR S G E D i r e c td r i v ew o u n d r o t o rs y n c h r o n o u sg e n e r a t o ra n de x c i t e r直驱绕线转子同步发电机和励磁机D ED r i v e e n do f g e n e r a t o r o r g e a r b o x发电机或齿轮箱的驱动端D F I GD o u b l y f e di n d u c t i o ng e n e r a t o r双馈异步发电机E A WEE u r o p e a nA c a d e m y o f Wi n dE n e r g y欧洲风能学会E F CE m e r g e n c y f e a t h e r c o n t r o l紧急顺桨控制E P R IE l e c t r i cP o w e r R e s e a r c hI n s t i t u t e，U S A美国电力研究院E WE AE u r o p e a nWi n dE n e r g y A s s o c i a t i o n欧洲风能协会F B GF i b r e B r a g g G r a t i n g光纤光栅F C RF i x e dc h a r g er a t e，i n t e r e s t r a t eo nb o r r o w e dm o n e y固定收费率（即借款利率）F F TF a s t F o u r i e r T r a n s f o r m快速傅里叶变换F MF i e l dm a i n t e n a n c e现场维修海上风电机组可靠性、可利用率及维护（续）缩略语英文全称中文解释F M E AF a i l u r eM o d e s a n dE f f e c t s A n a l y s i s故障模式及效果分析F M E C AF a i l u r eM o d e s，E f f e c t s a n dC r i t i c a l i t y A n a l y s i s故障模式、效果及危险性分析F S VF i e l ds u p p o r t v e s s e l现场支援船H A WTH o r i z o n t a l a x i s w i n dt u r b i n e水平轴风力发电机H MH e a l t hm o n i t o r i n g健康监测H P PH o m o g e n e o u s P o i s s o np r o c e s s齐次泊松过程H S SG e a r b o x h i g h-s p e e ds h a f t齿轮箱高速轴H VH i g hv o l t a g e高压I C SI n t e g r a t e dC o n t r o l S y s t e m综合控制系统I E CI n t e r n a t i o n a l E l e c t r o t e c h n i c a l C o m m i s s i o n国际电工委员会I E E EI n s t i t u t e o f E l e c t r i c a l a n dE l e c t r o n i c E n g i n e e r s美国电气与电子工程师学会I E TI n s t i t u t i o no fE n g i n e e r i n ga n dT e c h n o l o g y（f o r m e rI E E）英国工程技术学会（前国际电气工程师学会）I MI n f o r m a t i o nm a n a g e m e n t信息管理I M SG e a r b o x i n t e r m e d i a t es h a f t齿轮箱中间轴I PI n t e l l e c t u a l p r o p e r t y知识产权L C CL i f ec y c l e c o s t i n g寿命周期成本L S SG e a r b o x l o w-s p e e ds h a f t齿轮箱低速轴L VL o wv o l t a g e低压L WKL a n d w i r t s c h a f t s k a m m e r S c h l e s w i g-H o l s t e i nd a t a b a s ef o r G e r m a n y 德国 L a n d w i r t s c h a f t s k a m m e r 石勒苏益格-荷尔斯泰因数据库M C AM a r i n ea n dC o a s t g u a r dA g e n c y海洋海岸警卫队M I L-H D B KU SR e l i a b i l i t yM i l i t a r yH a n d b o o k美国军方可靠性手册M MM a i n t e n a n c e m a n a g e m e n t维修管理M T B FM e a nt i m eb e t w e e nf a i l u r e s平均故障间隔时间M T T RM e a nt i m et o r e p a i r平均维修时间M VM e d i u mv o l t a g e中压N D EN o n-d r i v ee n do f g e n e r a t o r o r g e a r b o x发电机或齿轮箱的非驱动端N H P PN o r m a l h o m o g e n e o u s P o i s s o np r o c e s s正态齐次泊松过程N P R DN o n-e l e c t r o n i c P a r t s R e l i a b i l i t yD a t a非电类可靠性数据O&MO p e r a t i o n s a n dm a i n t e n a n c e运行与维护O E MO r i g i n a l e q u i p m e n t m a n u f a c t u r e r原始设备生产商O F G E MO f f i c e o f G a s a n dE l e c t r i c i t y M a r k e t s天然气与电力市场办公室缩 略 语 表（续）缩略语英文全称中文解释O F T OO f f s h o r e T r a s m i s s i o nO p e r a t o r海上输电运营商O MO p e r a t i o n s m a n a g e m e n t运行管理O P E XO p e r a t i o n a l e x p e n s e运行成本O R E D AO f f s h o r e R e l i a b i l i t y D a t a海上运行可靠性数据O WTO f f s h o r e w i n dt u r b i n e海上风力发电机P L CP r o g r a m m a b l el o g i c c o n t r o l l e r可编程序控制器P L PP o w e r l a wp r o c e s s幂律过程P M G 1 GP e r m a n e n t m a g n e t s y n c h r o n o u sg e n e r a t o r w i t h1-s t a g eg e a r b o x含一级齿轮箱的永磁同步发电机P M S GP e r m a n e n t m a g n e t s y n c h r o n o u s g e n e r a t o r永磁同步发电机P S DP o w e r s p e c t r a l d e n s i t y功率谱密度R B DR e l i a b i l t yb l o c kd i a g r a m可靠性框图R M PR e l i a b i l i t ym o d e l l i n g a n dp r e d i c t i o n可靠性建模与预测R N AR o t o r n a c e l l e a s s e m b l y转子舱装配R P NR i s kP r i o r i t y N u m b e r风险优先数S C I GS q u i r r e l c a g e i n d u c t i o ng e n e r a t o r笼型异步发电机T B FT i m e b e t w e e nf a i l u r e s故障间隔时间T T FT i m e t o f a i l u r e失效时间T T TT o t a l t i m eo nt e s t总测试时长V A WTV e r t i c a l a x i s w i n dt u r b i n e垂直轴风力发电机WFWi n df a r m风电场WM E P Wi s s e n s c h a f t l i c h e n M e s s-u n d E v a l u i e r u n g s p r o-g r a m md a t a b a s e Wi s s e n s c h a f t l i c h e n M e s s-u n d E v a l u i e r u n g s p r o-g r a m m数据库WR I GWo u n dr o t o r i n d u c t i o ng e n e r a t o r绕线转子异步发电机WR I G EWo u n dr o t o r i n d u c t i o ng e n e r a t o r a n de x c i t e r绕线转子异步发电机和励磁机WR S G EWo u n dr o t o r s y n c h r o n o u s g e n e r a t o r a n de x c i t e r绕线转子同步发电机和励磁机WS DWi n d s t a t s d a t a b a s e f o r G e r m a n y德国风电数据库WS D KWi n d s t a t s d a t a b a s e f o r D e n m a r k丹麦风电数据库WTWi n dt u r b i n e风力发电机WT C M T R Wi n dt u r b i n ec o n d i t i o nm o n i t o r i n gt e s t r i g风力发电机状态监控测试台译者序原书前言致谢术语表缩略语表第 1章海上风电发展概述11.1 风电的发展11.2 大型风电场41.3 首批海上风电建设51.4 北欧海上风电61.4.1 概述61.4.2 波罗的海81.4.3 英国海域81.5 世界其他地方的海上风电1 01.5.1 美国1 01.5.2 亚洲1 01.6 海上风电技术与经济1 11.6.1 专业术语1 11.6.2 安装成本1 31.6.3 发电成本1 31.6.4 运维成本1 51.6.5 可靠性、可利用率以及维护对发电成本的影响1 61.6.6 历史工作1 61.7 任务分工1 71.7.1 概述1 71.7.2 管理者1 71.7.3 投资者1 71.7.4 认证机构与担保人1 71.7.5 开发商1 81.7.6 原始设备生产商1 81.7.7 运营商与资产经理1 81.7.8 维护公司1 8目录1.8 小结1 91.9 参考文献2 0第 2章海上风电机组相关的可靠性理论2 12.1 引言2 12.2 基本定义2 12.3 随机变量及连续变量2 22.4 可靠性理论2 32.4.1 可靠性函数2 32.4.2 可靠性函数计算示例2 42.4.3 故障率不变时的可靠性分析2 52.4.4 点过程2 62.4.5 非齐次泊松过程2 72.4.6 幂律过程2 82.4.7 测试总时长2 82.5 可靠性框图3 02.5.1 综述3 02.5.2 串联系统3 02.5.3 并联系统3 02.6 小结3 12.7 参考文献3 1第 3章实际风电机组的可靠性3 23.1 引言3 23.2 典型风电机组结构及主要部件3 33.3 可靠性数据采集3 33.4 风电机组分类3 43.5 故障定位、故障模式、根本原因及故障原理3 43.6 可靠性实际数据3 53.7 数据对比分析3 63.8 已知可靠性相关内容3 83.9 已知故障模式3 93.1 0 故障模式与根本原因间的联系4 03.1 1 小结4 13.1 2 参考文献4 2第 4章风电机组结构对可靠性的影响4 34.1 现代风电机组的结构4 34.2 风电机组结构的分类4 54.2.1 概述4 54.2.2 不同概念与结构4 5海上风电机组可靠性、可利用率及维护4.2.3 各种子部件4 64.2.4 运行经验4 74.2.5 子部件的工业可靠性数据4 74.3 恒定故障率下的可靠性分析4 84.4 不同风电机组结构的分析4 94.4.1 不同风电机组结构的比较4 94.4.2 子部件的可靠性5 14.4.2.1 概述5 14.4.2.2 发电机5 14.4.2.3 齿轮箱5 44.4.2.4 变流器5 44.5 现有不同风电机组结构的评估5 74.6 各种新型风电机组结构5 84.7 小结6 04.8 参考文献6 1第 5章针对提高可利用率的风电机组设计与测试6 25.1 引言6 25.2 提高可靠性的方法6 25.2.1 可靠性结果与未来的风电机组6 25.2.2 设计6 35.2.3 测试6 45.2.4 监测与运维6 45.3 设计技术6 45.3.1 风电机组设计概念6 45.3.2 风电场设计与配置6 55.3.3 检查设计法6 65.3.4 故障模式与效应分析以及故障模式-效应-危险度分析6 75.3.5 集成设计技术7 25.4 测试技术7 35.4.1 引言7 35.4.2 加速寿命测试7 45.4.3 子部件测试7 45.4.4 原型机与驱动系统测试7 55.4.5 海上环境测试7 65.4.6 产品测试7 65.4.7 试运行7 85.5 从高可靠性到高可利用率7 95.5.1 可靠性与可利用率的关系7 95.5.2 海上环境7 95.5.3 故障的发现与解释7 9目录5.5.4 预防维修与改善维修8 05.5.5 全寿命资产管理8 05.6 小结8 05.7 参考文献8 1第 6章可靠性对海上风电机组可利用率的影响8 36.1 欧洲早期海上风电场的经验8 36.1.1 丹麦 H o r n s R e v 1期风电场8 36.1.2 英国第一阶段建设的海上风电场8 46.1.3 荷兰 E g m o n da a nZ e e 风电场8 66.2 海上风电场运行的经验8 76.2.1 概述8 76.2.2 环境8 86.2.3 海上风电场的可达性8 96.2.4 海上低压、中压与高压电网9 16.2.4.1 变电站9 16.2.4.2 集线电缆9 16.2.4.3 输出电缆9 16.2.5 其他的英国第一阶段风电场9 16.2.6 试运行9 26.2.7 运维的规划9 26.3 小结9 36.4 参考文献9 3第 7章风电机组状态监测9 47.1 概述9 47.2 数据采集与监控（S C A D A）系统9 57.2.1 为什么采用 S C A D A系统9 57.2.2 信号与警报9 57.2.3 S C A D A系统的价值与成本9 57.3 状态监测系统9 87.3.1 为什么采用状态监测技术9 87.3.2 各种状态监测技术9 87.3.2.1 振动9 87.3.2.2 油残渣9 97.3.2.3 应变1 0 07.3.2.4 电气1 0 17.3.3 状态监测系统的价值与成本1 0 27.4 S C A D A与状态监测系统的成功应用1 0 27.4.1 概述1 0 27.4.2 S C A D A系统的成功应用1 0 3海上风电机组可靠性、可利用率及维护7.4.3 状态监测系统的成功应用1 0 77.5 数据集成1 1 47.5.1 多参数监测1 1 47.5.2 系统架构1 1 57.5.3 英国能源技术局项目1 1 57.6 小结1 1 57.7 参考文献1 1 5第 8章海上风电机组的维护1 1 78.1 人员与培训1 1 78.2 维护方法1 1 88.3 备件1 1 88.4 天气因素1 1 98.5 运输和物流1 1 98.5.1 远距离海上运输1 1 98.5.2 无准入系统的船只1 2 18.5.3 有准入系统的船只1 2 28.5.4 直升机1 2 48.5.5 固定式装置1 2 68.5.6 移动自升式装置1 2 78.5.7 小结1 2 88.6 海上风电场维护数据管理1 2 98.6.1 数据来源与获取1 2 98.6.2 海上风电场信息管理系统1 3 08.6.2.1 架构、数据流与风电场1 3 08.6.2.2 健康监测1 3 18.6.2.3 资产管理1 3 28.6.2.4 运行管理1 3 48.6.2.5 维护管理1 3 58.6.2.6 现场维护1 3 68.6.2.7 信息管理1 3 78.6.3 完整的海上风电场信息管理系统1 3 78.7 小结：面向集成维护的策略1 3 98.8 参考文献1 3 9第 9章结论1 4 09.1 收集数据1 4 09.2 运维方案的规划：基于可靠性的维护与基于状态的维护1 4 29.3 资产管理1 4 29.4 考虑可靠性与可利用率的风电场设计1 4 39.5 海上风力发电成本的预期1 4 3目录9.6 认证、安全与生产1 4 39.7 未来的展望1 4 49.8 参考文献1 4 4第 1 0章附录 1：风力发电机的发展历程1 4 5第 1 1章附录 2：风电工业可靠性数据收集1 5 71 1.1 引言1 5 71 1.1.1 背景1 5 71 1.1.2 以前的方法1 5 81 1.2 风电机组分类方法的标准化1 5 81 1.2.1 引言1 5 81 1.2.2 分类的指导原则1 5 81 1.2.3 分类体系的结构1 6 01 1.3 收集风电机组可靠性数据的标准化方法1 6 11 1.4 记录停机事件的标准化方法1 6 41 1.5 记录故障事件的标准化方法1 6 41 1.5.1 故障命名1 6 41 1.5.2 故障记录1 6 51 1.5.3 故障位置1 6 51 1.6 风电机组分类详细列表1 6 51 1.7 风电机组故障命名详细列表1 7 11 1.8 参考文献1 7 3第 1 2章附录 3：WME P运行人员报告表1 7 4第 1 3章附录 4：商用风电机组 S C A D A系统1 7 51 3.1 引言1 7 51 3.2 S C A D A数据1 7 51 3.3 商用 S C A D A数据分析工具1 7 51 3.4 小结1 7 81 3.5 参考文献1 7 9第 1 4章附录 5：商用风电机组状态监测系统1 8 01 4.1 引言1 8 01 4.2 风电机组可靠性1 8 01 4.3 风电机组监测1 8 11 4.4 商用状态监测系统1 8 31 4.5 未来的风电机组状态监测1 9 11 4.6 小结1 9 21 4.7 参考文献1 9 2海上风电机组可靠性、可利用率及维护第 1 5章附录 6：天气对海上风电可靠性的影响1 9 41 5.1 风况、天气与大型风电机组1 9 41 5.1.1 引言1 9 41 5.1.2 风速1 9 41 5.1.3 风湍流1 9 71 5.1.4 浪高与海况1 9 81 5.1.5 温度1 9 81 5.1.6 湿度1 9 91 5.2 分析天气影响的数学方法2 0 01 5.2.1 概述2 0 01 5.2.2 周期图2 0 01 5.2.3 交叉相关图2 0 01 5.2.4 相关疑虑2 0 11 5.3 天气与故障率的关系2 0 11 5.3.1 风速2 0 11 5.3.2 温度2 0 31 5.3.3 湿度2 0 31 5.3.4 风湍流2 0 41 5.4 工程价值与意义2 0 51 5.4.1 对风电机组设计的意义2 0 51 5.4.2 对风电机组运行的意义2 0 51 5.5 参考文献2 0 5 第 1章海上风电发展概述1.1 风电的发展早在 2 0 0 0多年前，世界各地的人们已经开始发展使用风能的旋转式机械装置，尤其是在伊朗和中国（具体可见第 1 0章，附录 1）。然而，用于发电的风力发电机（WT）的发展则开始于1 9世纪末期，历史上著名的3台风力发电机为：1 8 8 3年发明于美国的水平轴风力发电机（H A WT），也被称为 B r u s h风力发电机；1 8 8 7年发明于苏格兰的垂直轴风力发电机（V A WT），也被称为 B l y t h风力发电机；1 8 8 7年发明于丹麦的 H A WT，也被称为 l aC o u r 风力发电机。在 2 0世纪 3 0 4 0年代，发电功率在 1 0 0 k W 1 M W之间的大型风力发电机在德国、俄罗斯、美国发展并生产。然而，现代大型风力发电机的发展则起源于欧洲、美国，随着 1 9 7 3年埃及、叙利亚和以色列之间的第 4次中东战争引起了油价上升，2 0世纪 7 08 0年代的欧盟、美国能源部的实验项目推动着风力发电机的发展。关于风力发电机的发展史，附录 1中的照片给出了具体的说明，过去 8 0年中的重要大型风力发电机项目则在表 1.1中列出，这些风力发电机的进化受到了可靠性、可利用率因素的深刻影响。风力发电机设计的发展历程中，选择 V A WT还是 H A WT，双叶片还是三叶片，逆风还是顺风，齿轮驱动还是直接驱动，都对风力发电机之后的发展造成了影响。考虑到很多早期的陆上风力发电机原型机的可靠性非常差，这样的发展历程值得我们注意。位于美国佛蒙特州的纽帽山（G r a n d p a s K n o b）、英国奥尼克郡（O