低效風(fēng)機(jī)技改實(shí)踐與推廣運(yùn)用的分析和思考

【摘要】近年來(lái)，隨著風(fēng)電行業(yè)的跨越式發(fā)展，在運(yùn)機(jī)組數(shù)量急劇增長(zhǎng)，而早期投產(chǎn)的機(jī)組因微觀選址不精準(zhǔn)、項(xiàng)目設(shè)計(jì)不科學(xué)、設(shè)備選型不合理、制造技術(shù)不成熟、測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)粗糙訂正、氣象數(shù)據(jù)分析不充分等因素造成風(fēng)電機(jī)組投產(chǎn)之后部分機(jī)組發(fā)電量較低，風(fēng)機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)及效益遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及可研評(píng)估值，如何處理這種低效風(fēng)機(jī)是運(yùn)營(yíng)商不得不面對(duì)的棘手問(wèn)題。如何有效提高在運(yùn)低效風(fēng)機(jī)的發(fā)電量成為了風(fēng)電運(yùn)營(yíng)商重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題。如何對(duì)原有低效風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行一系列技改來(lái)提升機(jī)組可靠性和發(fā)電性能是風(fēng)電運(yùn)營(yíng)商和風(fēng)機(jī)廠商未來(lái)一段時(shí)間關(guān)注和探索的主要焦點(diǎn)與方向?！娟P(guān)鍵詞】風(fēng)力發(fā)電機(jī)組低效風(fēng)機(jī)技改有效提高機(jī)組發(fā)電性能1.引言《可再生能源法》實(shí)施以來(lái)的十年間，借助于國(guó)內(nèi)外資本市場(chǎng)的拉動(dòng)，我國(guó)風(fēng)電技術(shù)水平取得了巨大進(jìn)步。各種創(chuàng)新型技術(shù)陸續(xù)實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化的應(yīng)用，風(fēng)電機(jī)組各項(xiàng)性能得到了明顯提升。受益于規(guī)?；l(fā)展，風(fēng)電建設(shè)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)得以快速積累，促進(jìn)了設(shè)計(jì)方案的完善、制造工藝的改進(jìn)、項(xiàng)目?jī)?yōu)化的提升，設(shè)備質(zhì)量和可靠性進(jìn)一步提高。技術(shù)的日益發(fā)展，也帶來(lái)了對(duì)舊有機(jī)組改造升級(jí)的需求和可行性的探索。風(fēng)電運(yùn)營(yíng)商、整機(jī)廠商、第三方公司紛紛將提升低效風(fēng)機(jī)發(fā)電量作為一項(xiàng)新的技改商機(jī)而投身其中。目前，已有不少風(fēng)電項(xiàng)目正在嘗試通過(guò)部分技改手段來(lái)提高發(fā)電量，獲得了較為可觀的收益。2.低效風(fēng)機(jī)主流技改方法及分析2.1低效風(fēng)機(jī)的主流技改方法（1）機(jī)位機(jī)組互換；（2）加高塔架；

（3）引入扇區(qū)控制策略；

（4）主控程序優(yōu)化；（5）葉片更換或加長(zhǎng)；（6）機(jī)組遷建；（7）調(diào)節(jié)雙饋式風(fēng)機(jī)機(jī)組變頻器勵(lì)磁力矩。2.2低效風(fēng)機(jī)主流技改方法的利弊分析（1）機(jī)位機(jī)組互換：該技改基于新建項(xiàng)目基建期間，對(duì)新項(xiàng)目資源較好的與已投產(chǎn)資源較差的機(jī)位機(jī)組進(jìn)行互換，使用原風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)，不改變實(shí)際用地面積，技改成本相對(duì)可控，機(jī)組可靠性和發(fā)電性提升明顯；新機(jī)組由于塔筒及葉片較原機(jī)組增長(zhǎng)，投產(chǎn)后產(chǎn)生的湍流和尾流會(huì)對(duì)原機(jī)位周?chē)鷻C(jī)組有一定影響；由于使用原風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)搭配新風(fēng)電機(jī)組，需要定制加強(qiáng)型塔筒及緊固螺栓，制造周期相對(duì)較長(zhǎng)，工藝品控相對(duì)復(fù)雜。若技改項(xiàng)目周邊有新建風(fēng)電項(xiàng)目，該方案經(jīng)濟(jì)性相對(duì)較高，可選擇該方案論證經(jīng)濟(jì)性。（2）加高塔架：技改后風(fēng)速提升明顯，機(jī)組可靠性和發(fā)電性能會(huì)有明顯提高。但需重新對(duì)該機(jī)組及周?chē)鷻C(jī)組的載荷、安全性、經(jīng)濟(jì)性等進(jìn)行計(jì)算評(píng)估及設(shè)計(jì)論證，還要論證技改后風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)承載是否達(dá)標(biāo)，且吊裝成本較大，并有一定風(fēng)險(xiǎn)。（3）引入扇區(qū)控制策略：技改成本最低，受尾流影響較大或產(chǎn)生尾流較大的機(jī)組技改后尾流影響顯著下降，機(jī)組安全性和發(fā)電性能有小幅的提升，但后續(xù)持續(xù)優(yōu)化難度大。建議運(yùn)營(yíng)商積極與主機(jī)廠商推進(jìn)扇區(qū)管理控制策略的論證和開(kāi)發(fā)，并進(jìn)行試點(diǎn)驗(yàn)證，達(dá)到預(yù)期后可批量應(yīng)用。（4）主控程序優(yōu)化：技改成本最低，低效機(jī)組技改后運(yùn)行可靠性和發(fā)電性能有一定量的提升，但后續(xù)持續(xù)優(yōu)化難度大。建議運(yùn)營(yíng)商積極與主機(jī)廠商探索主控程序優(yōu)化的論證和開(kāi)發(fā)，并進(jìn)行試點(diǎn)驗(yàn)證后批量應(yīng)用。（5）葉片更換或加長(zhǎng)：機(jī)組可靠性和發(fā)電性能提升非常明顯，但技改成本相對(duì)較高，需要對(duì)該機(jī)組及周?chē)鷻C(jī)組載荷、安全性、經(jīng)濟(jì)性等進(jìn)行重新計(jì)算評(píng)估及設(shè)計(jì)論證；還要論證技改風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)承載是否達(dá)標(biāo)；設(shè)計(jì)、論證、改造的周期較長(zhǎng)；吊裝、拆卸、運(yùn)維等有一定的不可控風(fēng)險(xiǎn)。目前國(guó)內(nèi)已有部分運(yùn)營(yíng)商選擇了該方案，嘗試對(duì)葉尖及葉根進(jìn)行加長(zhǎng)來(lái)提升低效風(fēng)機(jī)發(fā)電量，項(xiàng)目收益率得到一定幅度的提升。（6）機(jī)組遷建：機(jī)組可靠性和機(jī)組發(fā)電性能提升顯著，設(shè)計(jì)難度相對(duì)較小。因沒(méi)有相關(guān)的政策扶持，機(jī)組遷建需重新辦理環(huán)評(píng)、用地報(bào)批、林地許可證等手續(xù)，且需要新修道路、風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)、集電線(xiàn)路等基礎(chǔ)設(shè)施，方案的經(jīng)濟(jì)性也需要多重論證，同時(shí)原機(jī)位的棄用，造成一定的無(wú)效資產(chǎn)損失。相對(duì)于山地類(lèi)、高原類(lèi)、征地較貴類(lèi)的項(xiàng)目，機(jī)組遷建方案性?xún)r(jià)比相對(duì)較低，需慎重考慮。（7）調(diào)節(jié)雙饋式風(fēng)機(jī)機(jī)組變頻器勵(lì)磁力矩：通過(guò)優(yōu)化變頻器主程序及更換變頻器零部件，大風(fēng)時(shí)調(diào)節(jié)變頻器勵(lì)磁力矩，間接提升發(fā)電機(jī)出力，機(jī)組發(fā)電量有小幅的提升，技改成本相對(duì)較??；技改風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較高，需要論證技改后風(fēng)機(jī)及變頻器的安全性，且后運(yùn)維期間存在過(guò)流、過(guò)載、起火等不可控的因素；技改后對(duì)變頻器、發(fā)電機(jī)壽命有一定折損。需審慎考慮。3.技改項(xiàng)目的概況本次技改前，華能陽(yáng)江項(xiàng)目?jī)善谝淹懂a(chǎn)的項(xiàng)目均安裝33臺(tái)某品牌1500-82/65型風(fēng)電機(jī)組，總裝機(jī)容量為99MW。新建項(xiàng)目擬安裝33臺(tái)該品牌1500-89/80型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)容量為49.5MW，投產(chǎn)后總裝機(jī)容量為148.5MW。變電站運(yùn)行方式為三期共站共線(xiàn)路送出方式運(yùn)行，本次技改是在新項(xiàng)目基建的初期展開(kāi)對(duì)二期低效風(fēng)機(jī)的論證和技改工作。3.1低效風(fēng)機(jī)改造方案概況本次技改前，兩期已投產(chǎn)項(xiàng)目總體運(yùn)行良好，但因項(xiàng)目投產(chǎn)較早，風(fēng)電場(chǎng)場(chǎng)區(qū)地形較為復(fù)雜，微觀選址及風(fēng)機(jī)制造技術(shù)相對(duì)不夠成熟，導(dǎo)致部分機(jī)位建成投產(chǎn)出現(xiàn)發(fā)電量偏低，低于盈虧線(xiàn)的情況。為有效提升項(xiàng)目的整體盈利能力，我司技改小組組織開(kāi)展對(duì)低效風(fēng)機(jī)技改的論證與探索。經(jīng)與某設(shè)計(jì)院和某主機(jī)企業(yè)合作，開(kāi)展對(duì)低效風(fēng)機(jī)的技改方式研究和論證工作，并計(jì)劃利用新建項(xiàng)目施工的契機(jī)，進(jìn)行部分低效風(fēng)機(jī)的改造工作。按整體收益率最大化為原則，初步擬定以下幾種改造方案：（1）2臺(tái)低效風(fēng)機(jī)的互換機(jī)位方案；（2）6臺(tái)低效風(fēng)機(jī)的互換機(jī)位方案；（3）2臺(tái)低效風(fēng)機(jī)的單純移機(jī)方案；（4）6臺(tái)低效風(fēng)機(jī)的單純移機(jī)方案。3.2低效風(fēng)機(jī)技改論證過(guò)程為保證技改方案論證更貼合實(shí)際，最大限度保證使用的測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)的完整性，技改小組對(duì)準(zhǔn)備改造的兩臺(tái)風(fēng)機(jī)進(jìn)行激光雷達(dá)補(bǔ)測(cè)數(shù)據(jù)，并與原有的測(cè)風(fēng)塔數(shù)據(jù)進(jìn)行代表年訂正。通過(guò)分析數(shù)據(jù)可知，測(cè)風(fēng)塔與激光雷達(dá)測(cè)得的數(shù)據(jù)各高度風(fēng)速、風(fēng)向扇區(qū)、風(fēng)能扇區(qū)分布情況一致性較好，可直接作為論證的數(shù)據(jù)依據(jù)。圖一：激光測(cè)風(fēng)儀及機(jī)位相對(duì)位置圖圖二：實(shí)測(cè)風(fēng)向玫瑰圖

圖三：實(shí)測(cè)風(fēng)能玫瑰3.3低效風(fēng)機(jī)技改方案利弊分析（1）2臺(tái)低效風(fēng)機(jī)互換機(jī)位的方案：不改變?cè)?xiàng)目用地面積，可直接使用原風(fēng)機(jī)的基礎(chǔ)。對(duì)于新建項(xiàng)目的影響完全可控，對(duì)原周邊機(jī)位影響相對(duì)較??；新增投資成本及風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)最小的情況下，可獲取相對(duì)的收益較高；作為第一推薦方案。（2）6臺(tái)低效風(fēng)機(jī)的互換機(jī)位方案：不改變?cè)?xiàng)目用地面積，可直接使用原風(fēng)機(jī)的基礎(chǔ)。鑒于塔筒和螺栓需要定制，多臺(tái)機(jī)位互換的情況下工期較長(zhǎng)，對(duì)于新建項(xiàng)目的工程進(jìn)度影響存在不可控因素；新增投資成本、風(fēng)險(xiǎn)最大，但收益較可觀；作為次選推薦方案。（3）2臺(tái)低效風(fēng)機(jī)的單純移位方案：大幅提升了原項(xiàng)目盈利能力，但減少了新項(xiàng)目的裝機(jī)容量，影響了新項(xiàng)目的整體利潤(rùn)；需要重新辦理多項(xiàng)前期手續(xù)跟開(kāi)工手續(xù)，辦理周期相對(duì)較長(zhǎng)，有一定的審批難度；存在制約新建項(xiàng)目建設(shè)進(jìn)度的情況；不建議采用。（4）6臺(tái)低效風(fēng)機(jī)的單純移位方案：大幅提升了原項(xiàng)目盈利能力，但導(dǎo)致新項(xiàng)目的裝機(jī)容量縮減的較多，嚴(yán)重影響了新項(xiàng)目整體利潤(rùn)；需要重新辦理多項(xiàng)前期手續(xù)跟開(kāi)工手續(xù)，辦理周期較長(zhǎng)，審批難度較大；存在制約新建項(xiàng)目建設(shè)進(jìn)度的情況；不建議采用。4.低效風(fēng)機(jī)技改方案經(jīng)對(duì)設(shè)計(jì)院與風(fēng)機(jī)廠家雙方測(cè)算的數(shù)據(jù)進(jìn)行反復(fù)的分析對(duì)比，技改小組組織召開(kāi)多次研討會(huì)，對(duì)技改方案的細(xì)節(jié)和重點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)分析結(jié)論如下：表一：技改方案匯總表鑒于國(guó)內(nèi)當(dāng)時(shí)低效風(fēng)機(jī)沒(méi)有類(lèi)似的技改先例，無(wú)任何經(jīng)驗(yàn)可以借鑒，從風(fēng)險(xiǎn)收益比及回報(bào)周期等眾多因素來(lái)綜合評(píng)估，最后經(jīng)多次研討后決定選用方案一為本次技改方案。低效風(fēng)機(jī)改造后理論上可大幅提升39#和40#機(jī)位的發(fā)電量；F2#和F10#在新機(jī)位投產(chǎn)后運(yùn)行穩(wěn)定性也得到一定提升；技改成本相對(duì)較低，回收周期相對(duì)較短；對(duì)三期新建項(xiàng)目的影響較小。2015年1月21日，開(kāi)始對(duì)兩臺(tái)技改的風(fēng)機(jī)進(jìn)行拆卸對(duì)換，2015年4月26日，完成四臺(tái)風(fēng)機(jī)的吊裝、調(diào)試工作，風(fēng)機(jī)投運(yùn)后運(yùn)行正常。目前風(fēng)機(jī)已經(jīng)穩(wěn)定的運(yùn)行了5年。5.低效風(fēng)機(jī)技改效果分析技改風(fēng)機(jī)已投產(chǎn)5年，為驗(yàn)證本次低效風(fēng)機(jī)的技改效果，通過(guò)對(duì)某品牌主機(jī)廠家SCADA系統(tǒng)后臺(tái)收集到的2012-2019年數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，鑒于39#、40#原風(fēng)機(jī)于2012年4月才投產(chǎn)，2015年風(fēng)機(jī)又進(jìn)行了技改，年運(yùn)行數(shù)據(jù)都不完整，故本次分析數(shù)據(jù)采用2013年、2014年、2016-2019年進(jìn)行對(duì)比分析，分析情況如表二。表二：技改前風(fēng)機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)表三：技改后風(fēng)機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)為了科學(xué)的評(píng)估技改后的整體效果，技改小組也邀請(qǐng)了風(fēng)機(jī)廠家對(duì)風(fēng)機(jī)技改前后的運(yùn)行情況進(jìn)行綜合計(jì)算，對(duì)技改效果進(jìn)行科學(xué)的評(píng)估分析。報(bào)告揭露如圖6所示。6.低效風(fēng)機(jī)技改的結(jié)果通過(guò)表二、三、圖六的數(shù)據(jù)，我們可以看出：①技改后068#、076#風(fēng)機(jī)年均發(fā)電量與WT計(jì)算值對(duì)比增長(zhǎng)較多，039#、040#風(fēng)機(jī)年均發(fā)電量與WT計(jì)算值對(duì)比略有下降；②技改后4臺(tái)風(fēng)機(jī)的年發(fā)電量總體提升約4.26%，總體增發(fā)電量約548685kW·h，遠(yuǎn)好于論證值；③技改實(shí)際效果遠(yuǎn)小于風(fēng)機(jī)廠家計(jì)算的提升效果。經(jīng)對(duì)比風(fēng)機(jī)廠家出具的報(bào)告，發(fā)現(xiàn)風(fēng)機(jī)廠家也未對(duì)周?chē)L(fēng)機(jī)技改后的影響情況進(jìn)行分析計(jì)算，報(bào)告數(shù)據(jù)可能會(huì)存在失真的情況。為保證本次技改風(fēng)機(jī)數(shù)據(jù)更有價(jià)值性，同時(shí)為保證技改后數(shù)據(jù)的客觀性和科學(xué)性。對(duì)技改前后周?chē)\(yùn)行的風(fēng)機(jī)數(shù)據(jù)進(jìn)行了綜合分析，分析數(shù)據(jù)如下：表四：技改前周?chē)L(fēng)機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)表五：技改后周?chē)L(fēng)機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)經(jīng)對(duì)比表四、五數(shù)據(jù)，我們可以看出：①低效風(fēng)機(jī)技改后039#、040#風(fēng)機(jī)周?chē)娘L(fēng)機(jī)年均發(fā)電量比技改前不但未出現(xiàn)降低反而還有一定幅度的增加；②068#、076#風(fēng)機(jī)周?chē)娘L(fēng)機(jī)發(fā)電量技改前后基本接近；③因而可以認(rèn)為本次的技改方案技改后達(dá)到并超過(guò)了設(shè)計(jì)預(yù)期，提升發(fā)電量效果明顯，但實(shí)際整體效果遠(yuǎn)低于主機(jī)廠家的效果分析值。表六：技