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润阳能源:更新技改 盘活在运老旧风场资源

北极星风力发电网  来源:润阳能源    2021/4/6 9:15:16  我要投稿  

北极星风力发电网讯:近日,全国首届“全年无故障风电场建设”交流研讨会在江苏省苏州市召开。中国电力企业联合会、西安热工研究院有限公司、大唐集团新能源科技研究院、华电电力科学研究院、哈尔滨电气集团佳木斯电机股份有限公司、润阳能源技术有限公司等单位代表参加了本次会议。

本届研讨会以“全年无故障风电场建设”为契机,重塑我国风电行业高质量发展新变革为主题。与会现场,领导、专家、企业负责人就“风力机技术监督与典型问题”、“在役风机提质增效技术应用”、“全过程智能运维作业安全管控”、“智慧风电场的理想形态”、“无故障风电场精益维护”、“老旧机组延寿增功探讨”等二十余个议题,围绕风电行业趋势、运维技改、项目运营、前沿科技应用等多个领域进行了深入刨析和现场讨论。

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图一 首届“全年无故障风电场建设”交流研讨会

在本次研讨会上,润阳能源技术有限公司副总经理刘昊结合“3060”战略号召下的碳达峰、碳中和战略发展规划与风电产业发展新机遇、中国kW级风电机组现状、老旧风场的等容/增容技改、MW级风机的深度技改、孤儿机组的深度技改等问题,针对“存量在运老旧机组的技改、优化”等主题与现场领导、专家进行了分享和互动。

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图二存量老旧机组技改优化方式探讨

此次演讲主要包括:风电后市场元年,碳达峰、碳中和战略发展规划和给风电行业带来的机遇;存量在运老旧风场的现状与“新增长点”;软件定义风机,“孤儿机组”改造与案例分享等三个部分。

以下为演讲全文:

2020年9月22日到2021年1月25日期间,国家领导人在七次国际会议上公开提出“碳达峰、碳中和“战略发展规划。在2020年12月12日气候雄心峰会上,第一次对风电和太阳能等新能源装机做了基本的要求。随着国家的基调逐步定义,各大央企也是陆续出台了相关的政策。

据相关统计:包括五大四小、国家电网公司和其他的石油石化行业集团在内的29家央企,已经初步制定碳达峰、碳中和战略发展规划具体方案路线。

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图片三 润阳能源副总经理刘昊现场演讲

据国家统计局统计:2020年底达到了历史性的281.72GW,相对于2019年增长了34.6%,装机量达到了近年来的峰值。与此同时,相对于存量机组的运行现状,老旧机组所占比例也越来越多。2019年,运行五年以上的机组占比约48%;2020年底,初步估计约占到50%,运行超过5年的机组预计超过140GW。

据水规总院统计数据:1989年至2010年期间,风电装机共有34483台。2020年后,已经运行15-20年,面临退役的老旧机组规模和数量将逐年增长;其中,兆瓦级以下风电机的机组面临的升级、改造、退役等问题的处理需求也会越来越迫切。

目前,国内兆瓦级以下风电机组规模约11000余台,总装机约8700MW。机组年限老、效率低,但大部分占据着东北、西北、内蒙这些风资源比较好的这些省份。针对这些机组,政府相继出台了有关政策。参考2020年《财建4号文》内容,按可利用小时数分类风场,广东及浙江基本为四类,内蒙、东北、甘肃多为一类及二类。与2400小时运行时长比较,现有部分风场利用小时仅为1200-1500小时/年。部分风资源好的区域,机组年度运行时长相差40%以上。

2020年12月,水规总院与风能协会共同举办了一场内部会议。在这次会议中,对即将退役的机组提出了包括:直接退役、更新、技改和延寿在内的四种处理方式。

退役,就是直接拆除所有的老旧机组,厂址不再建设新风场。更新包括两类,一类是上网容量不变,另一类就是上网容量变大,利用原来风场的资源,把机组拆掉换成更大的。技改的定义范畴比较宽泛,在设计寿命内,在不改变风机基础和底部塔筒的前提下,针对在役运行的机组进行技术升级、优化或部件/系统替换。最后是延寿,机组运行到达20年后,进行评估后寿命还能继续,前二十年载荷没有达到的情况下,可以通过优化让风机使用周期继续延长。

2020年5月13日,辽宁省发布了《辽宁省风电项目建设方案》。该政策中,对一次性拆除全部旧机组,并在原址实施机组等容量更新建设进行了鼓励。值得注意的是,在这一政策下,机组拆除之后需要转平价,对风场业主来说并不是特别有优势。

2021年2月26日,国家能源局下发了《关于2021年风电、光伏发电开发建设有关事项的通知(征求意见稿)》,鼓励业主单位通过技改、置换等方式,重点开展单机容量小于1.5MW的风电机组技改升级。鼓励地方开展试点,在试点基础上,国家出台政策,地方制定具体细则并组织实施,促进风电产业提质增效和循环发展。

近期,各地方陆续出台了更加具体的方案措施。2021年3月8日,山西省朔州市能源局发布《关于进一步梳理山西风电项目有关事宜的通知》,一方面对辖区内分散式风电项目进行梳理,另一方面了解运行5年以上风电项目情况,进行项目升级置换及扩容,提升风资源利用率。在挖掘风电潜能方面,《通知》聚焦已经运行5年以上的风电项目,要求在保证安全的前提下,充分挖掘风电场潜能,在原风场厂址内利用现有设备设施进行项目技改升级置换及扩容,提升风资源利用率。

政策的号召,为产业的发展明确了方向。碳中和的目标如何达成?第一个方向,是“3060”战略号召下的新能源装机容量的目标。随着地理资源利用率越来越饱和,如何实现现有资源的最大化,是属于我们这些后市场从业者应该关注的点。

首先就是盘活现有资源,如何利用好现有的老旧风场的风资源。其次是技改提效,如何让在运风机发挥出更好的性能,让其容量和性能相匹配。虽然我们现在装机量达到了281.72GW,但实际的发电量还需要我们用技改提效的方式来达到。

当前,新增容量面临的问题主要是场地越来越少、核准越来越困难。涉及到草原红线区和区域环保的政策,内蒙和贵州已经有些拆除机组的案例,对于这些区域的项目核准也会越来越严苛。此外,风资源较好的地域当前基本都已经装满风机。如何盘活现有的资源?既要充分利用现有风场的资源——已经建好的升压站、线路、道路设施,在现有资源的基础上做一些“上大压小”、增容置换这些技改方式。同时,也要充分利用现有风机设备资源。早期有些风机虽然是运行效率比较差,但是风机大部件还可以运行好多年。这个时候我们可以做一些深度技改,把风机重新恢复之前的状态。即:利用新技术和新机型,让发电效率越来越高。两相合理,充分盘活现有的资源。

技改提效也分为两个方面,即:发电量提升和可靠性提升。这就涉及到水规总院提出的更新、技改和延寿方式。在《辽宁省风电项目建设方案》政策提出后,润阳能源在辽宁与当地业主共同开展了等容量替换试点。一批服役期年满20年的550kW风电机组,在拆除10台机组新建3台MY1.5-82风力发电机组后,发电小时数已经达到2000多小时,业主投资回收期仅7年左右。

“上大压小”也是一种较为典型的方式。某风电场有132台750机组,装机总容量100MW。拆除16台750机组,新建4台MySE3.0机组,技改容量共计12MW。改造后,发电小时数从当初的1200小时提升到2883小时,业主投资回收周期不到6.5年。以该风场为例,通过等容量置换,在总容量100MW不变的前提下,如果我们把所有的老旧机组拆除换成大兆瓦的机组,只需要用33台的3MW机组就能实现132台的容量。不止业主投资回收周期仅需要6.5年左右,设备的运维、经营成本也大幅度降低。如果是增容置换,在政策规定允许情况下,用一半的机位点就能达到扩容一倍的结果。原来是100MW现在可以达到200MW,土地、线路、道路都可以充分利用。

针对兆瓦级以下的小机组,我们可以用一种相对比较小的机组,就是我们开发的My1.X机组。这个机组以明阳MY1.5MW的平台作为开发,叶轮直径能到82米。在原有底段塔筒和基础不变的情况下,额定功率从1MW—1.3MW的机组都可以替换。润阳能源My1.X解决方案,充分解决了老旧机组发电效率低、运维成本高的问题。机组可靠性提高的同时,可以应用现在最新的控制算法,以达到发电量的提升和载荷的降低。同时,技改后的机组对于电网适应性更好、调试维护成本也更低。

对于风电场业主而言,相对于替换大机组,My1.X解决方案的单位千瓦造价更低。免征地、审批简单、施工周期短、施工成本低、更快实现回报收益。由于采用1.5MW平台开发,备件的成本相对来说也更低。同时,通过润阳能源提供的资产托管、融资租赁和全生命周期运维服务,解决方案也变得更加灵活。

最后想和大家分享的是孤儿机组的改造,也就是用“软件定义风机”。从国内现状来看,孤儿机组面临的最重要问题是找不到原厂家,进行日常维护、技术技改都特别困难,很多故障也很难得到有效排查和处理。

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据相关统计:2010年,行业内约有70多家主机厂(非官方统计还有很多)。到2020年,只有不足20家主机厂家生产供货,其余50多家厂商已经消失或者不再生产主机。没有备件、没有支持人员,存量设备一度沦为“孤儿机组”。类似这种:技术落后、部件老化、软件无法更新、备件基本停产、发电效率低、SCADA功能不完善的机组,大多数业主选择与润阳能源合作进行深度改造。包括三大电控系统的改造、包括核心设备的国产化、大部件的维修,以及后期的运维与技改升级。

分享两个典型的案例。A项目有1台1.5MW半直驱的国外孤儿机组。机组发电效率低效、无法满发、备件替换困难,且发电能力较弱。通过润阳能源提供的深度改造方案,替换原机组主控系统,把易损、故障率比较高的核心部件更换为国产,技改后的机组由不到400小时/年提升至约1400小时/年,预计两年多业主就能回收投资成本。

B项目是相对比较大的机组。该项目有40台存在系统缺失、大部件损坏、生锈等问题的不完整2MW主机,业主需要整合为25台可用机组,并完成风机的现场安装。通过润阳能源定制化的深度技改方案,对主控柜和大部件进行了深度改造,不仅风机能够“枯木逢春”,机组”大脑“也升级为当前最先进的控制算法。

值得借鉴的是,类似B项目中的2MW机组,原有大部件如果还能继续使用,只是运行效率比较差,业主可以选择只进行主控的优化,更换主控制器,采用最新的控制策略,可以使得发电量获得更大的提高。同时,基于主控改造后的风场数据、风资源数据、风机运行数据可以进行更为详细的分析,进而实现更多的技改和提效。

例如,通过对数据的分析比对,将有助于进一步挖掘和发现诸如:发电效率差、故障率高运维方式不合理等类型问题的成因。基于分析结果,可以针对性的提出更进一步的方案,包括:叶片加长、叶片气动优化、偏航对风优化包括控制策略优化,基于主控的改造的发电量提升的方案;机组防超速、机组防振动、机组防火灾、机组可靠性技改等安全可靠性提升的方案;以及部件更换的周期、备件的管理运维管理、预防性维护、备件优化策略提升方案等。

针对在运的老旧风场,通过更新、技改等方式盘活现有资源,最关键的目标是使风场和风机达到性能和容量的匹配。“上大压小”、My1.X技改、深度技改、孤儿机组改造都是当前较为主流的提质增效方式。

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润阳能源技术有限公司是明阳智慧能源集团股份公司(股票代码:601615)旗下,风电场全生命周期价值管理和服务提供商。当前,润阳能源全面布局陆上/海上风电场运维,深入老旧风场深度改造、风电场技改提效服务、风电EPC工程总包、风电场综合运维服务、e联储备件共享平台、风机部件维修再造、大部件保障业务、风机与风场后评估/再检测、风电职业技能与专项培训等九大主营业务板块。六年来,润阳人不断战胜各种困难和挑战、满足市场的需求和变化,致力于推动中国风电后市场良性发展。2021年,是中国风电产业充满机遇与挑战的一年,相信润阳能源必将会打开新局面,谱写新篇章!


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