风电机组设计中的技术经济分析—风电机组技术-第2页-北极星风力发电网

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我们来看影响发电量的因素，归纳起来有4个方面，一个是叶轮直径，一个是能量转换效率，传动效率，和故障率，这里面叶轮直径和故障率影响比较大。我们先来看直径，直径影响扫列面积，我们知道风电的功率是和扫列面积成正比，也就是说和直径平方成正比，所以在很多情况可以采取提高叶轮直径的方式来做。

我把110米的直径做了一种基准直径，在这个基础上，每增加2米，一直增加到128，我们来看一看，就是直径的增加，扫列面积的增加，面积增量的增加，以及发电量增量的情况，大概是这样的结果。这样的结果，按照刚才说的大幅度，小幅度，或者基本不变的情况，只有第一种情况下基本上不变，第二到第四是小幅度增加，第五种是大幅度增加，应该追求大幅度增加。所以加大叶轮直径可以看得出来，可以有效的提高发电量。

第二能量转换效率，因为风力发电机组是二次能源转换装置，先把风能转换成机械能，然后再把机械能转换成电能，这里面有两大部件起核心作用。我们通过已有风力发电机组的数据可以知道，叶轮转换的效率是用CP值度量的，发电机的效率假设用埃塔(音译)度量，还可能碰到CP值和埃塔值，更多的情况大概在中间带颜色的三个范围之间，两端是不太常见，或者达不到。太低了，价值很低，太高了，追求不到。综合起来是在0.423-0.495之间。最小的到最大的相对增量是17%。

一味的增大CP值受到载荷的制约，因为我们知道CP值越大，可能由于叶轮工作起来，载荷越来越大，机体影响也越大。发电机的材料和用量，这是造价的制约。你希望发电机效率比较高，你用的材料，尤其是贵重材料也比较多一些，用的材料品质也比较好一些，所以这个是有制约的，不是一味的越大越好。

传统效率分有齿轮箱和没齿轮箱两组，这个相差有3%左右潜力也不是特别大。第四个是故障来源，我用2012年发布的年度报告，上面有各个部件故障率的统计，统计的结果，我把它归纳到下面的表格当中，可以看得出来，变桨系统，变流器的故障率占到整个其他所有部件故障率的34%，停机时间占到了41%，这是比较大的。第二层面就是偏航系统，发电机，开关柜。第三层面是传感器，通讯，控制器。我们可以看到，123这三个方面，都是我们通常在风电机组整机当中所说的电控系统。因此就可以见得电控系统目前在风力发电机组的，包括故障率，包括停机时间当中所占的比例接近了80%也就是说绝大部分。另外456还有其他的统计，占的比例相对来说比较少了。这里面给我们一个启示，先不说更换部件，就说停机时间来说，它对发电量的影响是可想而知的。

影响成本的因素，一个是机组造价，一个是故障率。故障率影响发电量停机了，另外一方面，要做恢复需要消费人力，要更换备件需要消耗备件。关于造价我们可以发现，同容量同型号的各种机组，包括各种技术路线的机组，造价实际上是相差无几的，这是现在陆地上广泛采用的机组。所谓相差无几，我估计大概是5%以内，没有什么太大的区别。也就是说谁说谁的机组特别便宜，或者特别贵的话，不会有特别大的区别，主要的差距来自于，主要是造价，来自于机组的生产批量，这就是我们经常看到的，那些只有几台机组，或者说一两个风电场运行业绩的整机厂家，他们日子很难，因为他们业绩太少，还有零部件的质量要求。我们作为整机企业，对零部件要求越高，他花的代价越高，他的成本越高。如果我们要求他有一个很低的价格的话，那么他就会降低质量，还有零部件的国产化程度，因为同样的东西是有区别的，还有一些奇特的技术，还有贵重的稀有材料的使用情况，是这样的东西，决定一个机组的造价。

还有就是关于备件的消耗，高的故障率，带来过度的备件消耗。有一个基本的数据就是，国内目前的平均水平，100个风电场的备件消耗约至少为25000万元这是非常巨大的。因此迫使开发商延长质保期，因为没有办法承受这种消耗，同时也使得制造商的利润降低，因为他有大部分的钱都去做质保了。

现在从提高可靠性的角度来说，我们来分析一下，根据前面的分析，故障率在提高发电量和降低成本，都有影响，那么故障率和可靠性是相对的，所以我们把可靠性的问题提出来，它是一个关键的因素，一方面提高发电量，降低成本，进而提高风电机组的价值，对于海上机组来说，作为首要要求提出来的，因为它是非常有必要的。大家我们说，现在介于咱们国内陆地机组的状况，该把可靠性这样的指标或者这样一个约束，作为陆地风电机组的第一要求提出来的时候了，否则的话，我们可能会给后面再开发的陆地机组，以及未来要开发的海上机组，带来一些不利影响。

我做过一个比较，我们要把122和133两个叶轮直径做了比较之后，发电量的增长情况和提高可靠性和提高发电机的效率，对发电收益的增量做了一个比较，合计对一个单台机组来说，我指的是用一个多兆瓦的机组做的比较，大约是47.5万，一年额外的收益，对于风电场来说，每年多出来的收益是760多万元，20年当中就是1.52亿。1.52亿就是一个5万千瓦风电场总造价的三分之一，甚至不到，就是说它的效益是非常可观的。

我们在做设计的时候，为什么不选择把叶轮直径选的大一点呢?谁规定的2MW的叶轮直径是100米，而不是120米。叶轮直径取到最大的时候，它的发电量是最好的，同时带来整机的制造成本也不是那么高，综合起来是最优的，这是目前应该采取的一种策略，而不是说一味的有什么样的叶片，我就用这个叶片做发电机组。以至于很多整机，等到发现有更大的叶轮直径和叶片长度的时候，整机承受不住这样的叶片，因此没有办法享受发电量的实惠，这个给咱们行业做叶片提出非常艰巨的业务。做叶片的任重道远，同时和整机密切合作，提高综合性。叶轮直径可以做大，实际上我们可以反思一下，现在一种容量，同样的容量的机器，可能比几年前的叶轮直径大得多。

其他还有一些可行的措施，我就不多讲了。包括全面分析叶片和整机的发电量与成本关系。这个关系作为我们来说，也得出来一些结论，但是这个地方就不便多说了。为特定风电场做定制设计，这个时候开发商觉得是划算的，他们宁愿在整机上面多投入成本，采购价可以高一些，他最后算他的帐划算就行了。还有就是采取最具技术经济性的技术方案，这个技术方案可能是多种多样的，包括在整机方面，包括在零部件。

投稿与新闻线索：陈女士微信/手机：13693626116 邮箱：chenchen#bjxmail.com（请将#改成@）

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