海上風(fēng)電智能運維行業(yè)分析報告 2022年海上風(fēng)電智能運維行業(yè)發(fā)展前景及規(guī)模分析

1、海上風(fēng)電智能運維行業(yè)分析報告 2022年海上風(fēng)電智能運維行業(yè)發(fā)展前景及規(guī)模分析海上風(fēng)電智能運維概念界定風(fēng)電運維主要是指風(fēng)電機(jī)組的定期檢修和日常維護(hù)，運維成本在整個海上風(fēng)電成本構(gòu)成中占據(jù)大量的份額，僅次于風(fēng)機(jī)建設(shè)成本，大大超過安裝成本和海纜成本。海上風(fēng)電運維主要工作為負(fù)責(zé)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組和升壓變電站及相關(guān)輸變電設(shè)施的遠(yuǎn)程監(jiān)控、日常迎檢及報表統(tǒng)計分析:維護(hù)主要工作為風(fēng)力發(fā)電機(jī)機(jī)組日常故障處理、例行維護(hù)檢查及升壓站輸變電設(shè)旌日常消缺、故障搶修、年度預(yù)防性試驗等維護(hù)工作。而且海上風(fēng)機(jī)的工作環(huán)境更惡劣，除經(jīng)受運轉(zhuǎn)機(jī)械的機(jī)件磨損、電子電氣器件的電氣運行沖擊、金屬結(jié)構(gòu)的振動疲勞損傷引起機(jī)組各部件故障外，還有可能

2、遭遇海上颶風(fēng)、超強(qiáng)雷暴等極端氣象災(zāi)害的襲擊等偶發(fā)事件，導(dǎo)致海上風(fēng)電機(jī)組故障率更高。此外，海上氣候多變，受大風(fēng)、洋流以及大霧等天氣影響大，導(dǎo)致風(fēng)電機(jī)組可達(dá)性差。最終結(jié)果是，海上風(fēng)電場運行維護(hù)費用更高，是陸地的23倍，因此風(fēng)電運維在整個海上風(fēng)電開發(fā)和后期運營中起著十分重要的作用。雙碳目標(biāo)下，可再生能源裝機(jī)快速增長、以及能源電力行業(yè)降本增效的需求，使得數(shù)字化和智能化成為海上風(fēng)電智能運維行業(yè)發(fā)展的必然趨勢。當(dāng)前，以“云、大、物、AI”為主要技術(shù)手段的數(shù)字化方案已經(jīng)滲透至海上風(fēng)電智能運維發(fā)展的各個領(lǐng)域。海上風(fēng)電智能運維行業(yè)凸顯出以智能監(jiān)測、集中管控、預(yù)防性維護(hù)為目標(biāo)的運維需求。中國海上風(fēng)電智能運維行業(yè)發(fā)

3、展現(xiàn)狀目前，海上風(fēng)電運維基本照搬陸上風(fēng)電經(jīng)驗，計劃檢修為主、故障檢修為輔的運維模式。暨運維人員根據(jù)廠家指定的定檢周期對風(fēng)機(jī)進(jìn)行計劃性保養(yǎng)和測試和風(fēng)機(jī)報故障，運行調(diào)度人員通知運維人員前往現(xiàn)場處理相結(jié)合。而由于海上環(huán)境的復(fù)雜性，海上風(fēng)電項目運維面臨機(jī)組故障率高，維修工作量大、安全風(fēng)險大、海上維護(hù)作業(yè)時效時間短等難點。整體而言，我國海上風(fēng)電運維行業(yè)缺乏運維經(jīng)驗以及其運維體系也仍需持續(xù)完善，行業(yè)處于相對落后狀態(tài)。此外，海上風(fēng)電運維成本居高不下，占據(jù)海上風(fēng)電全生命周期成本的重要部分。1.海上風(fēng)電運維成本居高不下海上風(fēng)電機(jī)組相較于陸上風(fēng)電機(jī)組故障率更高，其運維成本居高不下，占據(jù)海上風(fēng)電全生命周期成本的重要

4、部分。2.行業(yè)缺乏運維經(jīng)驗我國已建海上風(fēng)電項目正陸續(xù)出質(zhì)保期,運行維護(hù)產(chǎn)業(yè)尚未成熟，缺乏運維經(jīng)驗。3.運維體系仍需持續(xù)完善我國海上風(fēng)電運行維護(hù)標(biāo)準(zhǔn)體系尚未建立,科學(xué)系統(tǒng)化管理體系不健全，運維技術(shù)有待檢驗與提高。圖表：中國海上風(fēng)電智能運維行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀資料來源：海上風(fēng)電智能運維市場模式的發(fā)展趨勢（1）技術(shù)趨勢海上風(fēng)電的快速發(fā)展給運維工作提出了新要求，海上風(fēng)電運維的創(chuàng)新包括轉(zhuǎn)變運維方式、優(yōu)化運維策略、改進(jìn)運維設(shè)備、提高故障診斷和監(jiān)測技術(shù)等。海上風(fēng)電智能運維體系包含多項智能化技術(shù)，通過智能傳感技術(shù)、邊緣計算技術(shù)及機(jī)器人技術(shù)等實現(xiàn)智能感知；通過數(shù)據(jù)可視化技術(shù)、3D建模技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)等實現(xiàn)智能監(jiān)控；通

5、過模式識別技術(shù)、故障預(yù)警技術(shù)和大數(shù)據(jù)技術(shù)等實現(xiàn)智能分析；借助專家知識庫、人工智能技術(shù)和數(shù)字孿生技術(shù)進(jìn)行智能決策；通過移動互聯(lián)技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)和增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)實現(xiàn)智能輔助。海上風(fēng)電運維管理技術(shù)海上風(fēng)電全生命周期的智能化，是實現(xiàn)海上風(fēng)電平準(zhǔn)化度電成本最優(yōu)的關(guān)鍵，海上風(fēng)電的智能運維是一項系統(tǒng)工程。智能運維體系借助大數(shù)據(jù)和智能數(shù)據(jù)技術(shù)，基于數(shù)據(jù)進(jìn)行運維決策。采用精細(xì)的成本管控，通過全生命周期內(nèi)風(fēng)機(jī)運維成本和收益的實時計算，提升運維管理精細(xì)化水平，有效降低運維成本。做好風(fēng)機(jī)部件級離岸測試，打造海上風(fēng)電“基因工程”，制定合理的運維檢修計劃，提升機(jī)組運行可靠性。根據(jù)大部件預(yù)警信息，提前鎖定區(qū)域內(nèi)大部件吊裝船

6、只及大部件備品，縮短大部件故障停機(jī)時間。通過故障預(yù)警和運檢維一體化系統(tǒng)，優(yōu)化運維計劃及運維調(diào)度，降低海上風(fēng)電運維成本。評估海上風(fēng)場發(fā)電性能及電量損失原因，開展控制策略優(yōu)化技術(shù)的研究和應(yīng)用，進(jìn)一步提高風(fēng)機(jī)發(fā)電量。優(yōu)化不同海域、不同規(guī)模的區(qū)域化風(fēng)場交通運輸工具，提升運維效率，降低日常運維交通成本?？茖W(xué)合理地規(guī)劃運維時間和路線，采用預(yù)運維方式清除故障隱患，降低運維成本，這是海上風(fēng)電運維模式的發(fā)展目標(biāo)。針對運維路徑的規(guī)劃，應(yīng)基于風(fēng)功率預(yù)測、運維船舶的可及性、機(jī)組運行狀態(tài)和健康狀態(tài)，選擇安全、便捷、成本最優(yōu)的運維交通路線。基于風(fēng)險的維護(hù)方式，能夠降低整體的維護(hù)難度和生命周期成本，呈現(xiàn)各方均滿意的可利用率

7、和機(jī)組性能。計劃檢修結(jié)合故障檢修的傳統(tǒng)運維策略，對人力、物力和財力的消耗很大。隨著運維技術(shù)的不斷進(jìn)步，以狀態(tài)檢修為主的運維策略成為發(fā)展趨勢。狀態(tài)檢修以設(shè)備狀態(tài)為出發(fā)點，通過在線監(jiān)測和離線測量等方式查找潛伏性故障，評估設(shè)備狀態(tài)。狀態(tài)檢修的針對性較強(qiáng)，通過對設(shè)備的綜合分析，判別是否要對設(shè)備進(jìn)行檢修，檢修效果也更好。基于狀態(tài)檢修的運維策略可便于統(tǒng)一調(diào)度運維資源進(jìn)行多臺機(jī)組的檢修工作，提高單次出海作業(yè)效率，減少出海次數(shù)，降低交通成本。狀態(tài)檢修是海上風(fēng)電運維管理中的重大創(chuàng)新，狀態(tài)檢修的實現(xiàn)需要結(jié)合不同海上風(fēng)電場的特點，監(jiān)控并分析機(jī)組的運行狀態(tài)，強(qiáng)化零部件生命周期監(jiān)控以及大型部件的狀態(tài)監(jiān)測。海上風(fēng)電機(jī)組監(jiān)

8、測和分析技術(shù)海上風(fēng)電的智能監(jiān)測包括水下智能監(jiān)測、結(jié)構(gòu)疲勞和損傷監(jiān)測、海纜監(jiān)測以及基礎(chǔ)沖刷監(jiān)測等。智能分析技術(shù)涵蓋氣象預(yù)報和預(yù)警系統(tǒng)，窗口期管理系統(tǒng)，船舶、航路、人員管理系統(tǒng)以及海上安防系統(tǒng)等。在線監(jiān)測技術(shù)通過多種通信介質(zhì)，實時傳輸并可視化觀測數(shù)據(jù)，為數(shù)據(jù)處理提供便利。水下智能監(jiān)測借助水下機(jī)器人，有針對性地對目標(biāo)機(jī)組水下部分進(jìn)行檢視，可直觀地監(jiān)測基礎(chǔ)的整體狀態(tài)。對支撐結(jié)構(gòu)的疲勞和損傷監(jiān)測，通過傳感器監(jiān)測結(jié)構(gòu)的變形、應(yīng)力、位移、振動以及腐蝕狀況等數(shù)據(jù)，并實時傳輸至監(jiān)測系統(tǒng)，具體的監(jiān)測項目以及監(jiān)測點的布點位置可依據(jù)風(fēng)電場具體的運維和安全評估要求選取。海洋環(huán)境參數(shù)監(jiān)測通過傳感器和高速傳輸技術(shù)實時獲取項

9、目海域數(shù)據(jù)，包含波浪數(shù)據(jù)、風(fēng)數(shù)據(jù)、海流數(shù)據(jù)和溫鹽數(shù)據(jù)等，為海上風(fēng)電運維積累背景參數(shù)資料。海纜監(jiān)測通常基于光纖和局部放電的電纜在線監(jiān)測方法，對海底電纜的運行狀態(tài)進(jìn)行安全監(jiān)控。海域監(jiān)測通過對海底電纜周圍海域過往船舶進(jìn)行持續(xù)監(jiān)控，從而減少船舶錨泊引起的電纜破壞。基礎(chǔ)沖刷監(jiān)測通過數(shù)據(jù)采集設(shè)備獲得沖刷深度等參數(shù)，可與支撐結(jié)構(gòu)響應(yīng)監(jiān)測相結(jié)合，為海上風(fēng)電基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)提供更高的安全保障。新型風(fēng)電運維船目前全球共投入使用400余艘風(fēng)電運維船，新型海上風(fēng)電運維船尺寸更大，可搭載更多儀器設(shè)備和零部件，具有良好的乘坐舒適性，航速更快，人員轉(zhuǎn)移的安全性更高，抗風(fēng)浪能力更強(qiáng)。專業(yè)的風(fēng)電運維船有多種類型，特制的船頭不僅可供運維

10、人員從風(fēng)機(jī)底部爬梯登陸，還可降低船體的搖晃。風(fēng)電運維船的主要類型包括單體船、雙體船、三體船、小水線面雙體船、表面效應(yīng)船和小水線面三體船等。根據(jù)我國不同海域海上風(fēng)電項目的特點，有針對性地選擇不同形式的運維船。江蘇沿海項目多坐落于潮汐帶水域，作業(yè)水位020m，風(fēng)速3m/s7m/s，波高0.5m4.6m，已建成風(fēng)場離岸距離3km50km，波浪平均周期3.1s，此海域適合采用雙體船、小水線面雙體船以及居住船等。福建、廣東以及浙江沿海海域海況復(fù)雜多變，島礁、暗礁多，涌浪大，水流急，風(fēng)浪大，水深10m50m，年平均風(fēng)速8.0m/s，平均波高2.0m，已建成風(fēng)場離岸距離3km30km，此海域項目離岸較近，可

11、選用抗風(fēng)浪能力強(qiáng)、航速快的小水線面雙體船、表面效應(yīng)船和小水線面三體船等。渤海和北黃海區(qū)域的海況優(yōu)于多風(fēng)的福建以及處于潮汐帶的江蘇沿海，但該海域冬季會出現(xiàn)海冰，運維船舶需在艏部增設(shè)B級冰區(qū)加強(qiáng)的破冰裝置，并增加保暖防凍設(shè)備。圖2為2020年7月18日交付的“雄程天威1”雙體運維船，該船搭載了先進(jìn)的艦船低壓直流綜合電力技術(shù)，這是此項技術(shù)在民船領(lǐng)域的首次應(yīng)用。除常規(guī)的運維船外，運維母船是新的發(fā)展趨勢，典型的母船可供超過40人居住，可運載零部件，自持力超過1個月，具備優(yōu)良的靠泊性能，搭載波浪補(bǔ)償懸梯及動力定位系統(tǒng)。但其造價和運營成本較高，目前應(yīng)用相對較少。圖3為烏斯坦建造的“WindeaLeibniz

12、”運維母船，該船在船首航行狀態(tài)下航速為13.9kn，而船尾航行狀態(tài)可達(dá)到12.1kn，獨特的設(shè)計使船只更加靈活，運維作業(yè)效率更高，燃油經(jīng)濟(jì)性更佳。若要進(jìn)行齒輪箱、發(fā)電機(jī)和葉片等大型部件的更換，則需使用自升式運維船，其搭載了較大型的起重機(jī)，可在40m水深條件下作業(yè)，適用于深水遠(yuǎn)岸風(fēng)機(jī)的運維作業(yè)。智能運維機(jī)器人嚴(yán)苛的海洋環(huán)境給海上風(fēng)電運維作業(yè)帶來了諸多不便，為了提高運維便利性，降低運維人員的安全風(fēng)險，機(jī)器人和無人機(jī)等設(shè)備得以應(yīng)用，機(jī)器人系統(tǒng)也是海上風(fēng)電智慧運維的關(guān)鍵組成部分。以機(jī)器人代替人力進(jìn)行運維作業(yè)，可降低運維事故風(fēng)險，提高檢測效率和精度，節(jié)省維修成本。據(jù)估計，未來良好的機(jī)器人系統(tǒng)可幫助風(fēng)電項

13、目在其生命周期內(nèi)節(jié)省3300萬美元。歐洲首個海上風(fēng)電運維機(jī)器人測試中心已于2020年在葡萄牙建立，該中心致力于惡劣環(huán)境下機(jī)器人運維作業(yè)的相關(guān)研究。海上風(fēng)電的運維模式正朝著數(shù)字化、智能化和精準(zhǔn)化的方向發(fā)展，海上風(fēng)電智慧運維旨在促進(jìn)項目全生命周期內(nèi)運維成本的降低和發(fā)電效率的提升，最終實現(xiàn)海上風(fēng)電場運營效益的提高。隨著全球海上風(fēng)電行業(yè)的蓬勃發(fā)展，從運維策略到運維技術(shù)的海上風(fēng)電運維創(chuàng)新也將全方位持續(xù)進(jìn)行。圖表：海上風(fēng)電智能運維技術(shù)趨勢資料來源：（2）競爭格局趨勢(一)整機(jī)商發(fā)展?jié)摿ψ畲蟊M管目前風(fēng)電整機(jī)制造商運維服務(wù)的市場份額低于風(fēng)電開發(fā)商，但是我們認(rèn)為，整機(jī)商在我國未來海上風(fēng)電運維市場最具有發(fā)展?jié)摿Α?/p>

14、原因如下:1.早發(fā)優(yōu)勢和集成優(yōu)勢在風(fēng)機(jī)質(zhì)保期間，將由相應(yīng)品牌的整機(jī)制造商提供質(zhì)保服務(wù)，也就是說，早期整機(jī)制造商最早從事海上風(fēng)電運維服務(wù)，也最先獲得運維經(jīng)驗。風(fēng)機(jī)走出質(zhì)保期后，風(fēng)機(jī)整機(jī)制造商有先入為主的優(yōu)勢,因此更容易得到運維訂單。尤其是那些早期的風(fēng)機(jī)制造巨頭如華銳風(fēng)電、金風(fēng)科技等,在早期階段生產(chǎn)提供了大量風(fēng)機(jī)產(chǎn)品,如今這些企業(yè)提供的風(fēng)機(jī)最早走出質(zhì)保。據(jù)了解，目前市場海上風(fēng)電運維需求主要是金風(fēng)科技、華銳風(fēng)電等品牌的風(fēng)機(jī)產(chǎn)品。而第三方運維公司在我國風(fēng)電行業(yè)剛剛發(fā)展幾十年的情況下，則存在經(jīng)驗相對缺乏、競爭優(yōu)勢不足等問題。另一個特點是，經(jīng)過十多年的市場整合，我國風(fēng)機(jī)制造商從無到有、從少數(shù)幾家風(fēng)機(jī)制造企

15、業(yè)，到后來的瘋狂擴(kuò)張以及市場整合，到如今，四分之三的市場份額均集中在排名前十的風(fēng)機(jī)制造企業(yè)手中。隨著未來風(fēng)機(jī)制造企業(yè)的進(jìn)一步集中，這些排名在前的風(fēng)電整機(jī)巨頭將在資金、技術(shù)實力、管理和人才等方面實現(xiàn)集成優(yōu)勢，為進(jìn)軍運維市場鋪路。2.技術(shù)優(yōu)勢整機(jī)商的突出優(yōu)勢是其技術(shù)實力。相比于專注發(fā)電效益的開發(fā)商，和資金、團(tuán)隊尚不足以維持技術(shù)投入的第三方運維公司來說,風(fēng)電整機(jī)制造商更注重在技術(shù)研發(fā)上的持續(xù)投入和開拓，以推進(jìn)風(fēng)機(jī)產(chǎn)品的更新?lián)Q代以及運維服務(wù)的技術(shù)提升。因此，整機(jī)制造商對自己品牌的風(fēng)機(jī)產(chǎn)品技術(shù)最了解，也最有實力突破相關(guān)技術(shù)難題在大部件維修、技術(shù)改造等高端運維服務(wù)方面，整機(jī)制造商具有先天優(yōu)勢。近年來，整機(jī)

16、商更為開放，不斷向風(fēng)電場和第三方運維公司傳導(dǎo)出更多的技術(shù)和經(jīng)驗，有力推動了我國風(fēng)電整體運維實力的提升。從海上風(fēng)電運維的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢來看,中端和高端運維服務(wù)才是未來運維市場的真正藍(lán)海，風(fēng)電整機(jī)商通過加大技術(shù)投入，既可以實現(xiàn)風(fēng)機(jī)產(chǎn)品的升級優(yōu)化，也可以提高運維服務(wù)增值空間，為企業(yè)的發(fā)展打造良性生態(tài)。3.“全生命周期”理念優(yōu)勢我國風(fēng)電行業(yè)發(fā)展早期，電場開發(fā)商往往只注重風(fēng)機(jī)產(chǎn)品價格，而忽視了風(fēng)電機(jī)組在20-25年運行壽命期間的穩(wěn)定性、故障率、維護(hù)費用。近年來，行業(yè)內(nèi)各方均認(rèn)識到，除了保證風(fēng)機(jī)產(chǎn)品質(zhì)量，提供全生命周期的服務(wù)也是提高發(fā)電率、降低風(fēng)場成本的重要方面。在這一形勢下，風(fēng)電整機(jī)制造商們紛紛提出了“

17、全生命周期”的服務(wù)理念。這一理念結(jié)合風(fēng)電整機(jī)制造商的自身優(yōu)勢，旨在根據(jù)風(fēng)機(jī)產(chǎn)品性能，為業(yè)主提供從早期風(fēng)場選址、中期風(fēng)場建設(shè)，再到后期海上風(fēng)電運維的全生命周期服務(wù)。不僅打消了客戶的后顧之憂，也為風(fēng)場開發(fā)帶來了最優(yōu)解決方案。這一理念優(yōu)勢，是另外兩大海上風(fēng)電運維市場主體難以比擬的。和美國海上風(fēng)電運維服務(wù)主要由第三方運維公司完成的發(fā)展趨勢不同，近年來，隨著金風(fēng)科技、華銳風(fēng)電等風(fēng)電巨頭相繼成立海上風(fēng)電運維子公司，各風(fēng)電整機(jī)制造商布局海上風(fēng)電運維市場意圖明顯。同時，越來越多的開發(fā)商開始更加重視整機(jī)制造商的運維服務(wù)能力，也促使了風(fēng)電整機(jī)制造商對這一領(lǐng)域的看重。相比開發(fā)商來說，風(fēng)電整機(jī)制造商對風(fēng)機(jī)技術(shù)更為了解

18、，更具競爭優(yōu)勢，因此我們認(rèn)為，未來整機(jī)商在海上風(fēng)電運維市場的發(fā)展?jié)摿ψ畲蟆?二)風(fēng)電開發(fā)商市場份額占有量最大和西方風(fēng)電場開發(fā)商分散化的情形不同，我國近70%風(fēng)電場市場份額均由五大四小”國有企業(yè)占有，只有約30%市場由大量的私有制和混合所有制企業(yè)獲得。也意味著那些風(fēng)電場開發(fā)商巨頭在資源、資金、規(guī)模等方面均具實力強(qiáng)大。在這一形勢下，這些風(fēng)電場傾向于自己開發(fā)、自己運維。另一個因素是，在國有企業(yè)編制體制下，往往存在“只進(jìn)不出”的人員冗余現(xiàn)象，也促使國有風(fēng)電開發(fā)商傾向?qū)⒑Ｉ巷L(fēng)電運維工作安排給企業(yè)內(nèi)員工，而不是“肥水流到外人田。”因此，目前來看，風(fēng)電場開發(fā)商市場份額占有量最大。隨著整機(jī)制造商、第三方運維公司服務(wù)的優(yōu)化，以及國有風(fēng)電開發(fā)商觀念的轉(zhuǎn)變，也有一些風(fēng)電開發(fā)商嘗試將海上風(fēng)電運維服務(wù)外包。如龍源電力、大唐新能源把較為低端的運維服務(wù)交給效率更高、成本更低的第三方運維公司。還有一些開發(fā)商，傾向于把技改等高端運維服務(wù)交給整機(jī)制造商，低端運維服務(wù)交給第三方運維公司，自己完成中端運行維護(hù)部分。如前所述，將高端運維交給更專業(yè)的整機(jī)制造商，將低端運維交給更靈活、成本更低的第三方運維公司，從而集中風(fēng)場開發(fā)業(yè)務(wù)，將是風(fēng)電開發(fā)商未來的最優(yōu)選擇。(三)第三方運維公司是重要補(bǔ)充從行業(yè)發(fā)展的角度看，更適合由第三方運維公司專門承擔(dān)運維服務(wù)，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)的專業(yè)化和高效化。但從我國的國情和風(fēng)電行業(yè)的發(fā)