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2020年底,西南某风电场与金风慧能合作完成了6台2.5MW机组换型改造。
今年上半年,技改机组的单台平均发电量达到344.5万千瓦时,是其余32台未改造机组平均发电量的2.1倍,发电效率提升显著。
机组发电量翻倍的背后,有着哪些技术创新点和方案设计上的考量?请跟随该项目负责人——金风慧能风机优化产品线高级解决方案经理张辰源,一同抽丝剥茧,洞察其中的奥秘。
问:该风电场的机组出现了哪些问题,是由什么原因导致的?
张辰源:据SCADA数据显示,在2014至2017年,这家风场的年等效可利用小时数,与项目可行性研究报告中的设计小时数相比,低了16.3%,可视为低效机组。
发电效率与设计指标发生较大偏差,最主要的原因是机组本身就存在设计缺陷和可靠性差的问题,这些问题随着运行年份的增长逐渐暴露,发电机、变桨、偏航和主控系统均出现不同程度的故障及非正常磨损,导致停机次数增多,严重影响发电收入。
问:针对此类故障,部件级修复能否解决问题?
张辰源:风电场目前遇到的问题,已经严重威胁到风场的安全运行,而且机组故障点多、维修价值不大,从长远看,部件级修复的有效性和经济性并不高,难以彻底改变现状。
问:做“上大压小”是否可行?
张辰源:理论上,做旧机改造,直接替换为当前主流的大兆瓦风机,经济性最佳。但在实际操作中,如果风场容量发生变更,需要按照新建风电场重新审批,审批时间漫长,且存在不确定性;
二是审批过后,原风电场享受并网时补贴电价,改造后的新风电场执行何种电价政策,目前还不明朗。
因此,这家风电场做“上大压小”存在一定的可行性风险。
问:金风慧能为业主提供了怎样的解决方案?
张辰源:这所风电场的基础和塔筒设计冗余较大,做换型改造可以充分利旧,避免机位废弃,减少风机爆破成本及不必要的土地问题。
统筹考虑以上因素,慧能团队与项目业主共同商定,在充分利旧、全场并网容量不变的前提下,利用金风GW2500机组产品平台对6台停机次数较多的机组优先实施换型改造,尽早恢复正常运行,创造发电收入。
问:在技改方案的制定中,有哪些考虑因素?
张辰源:在方案制定过程中,我们做了大量、细致的技术评估,目的就是在保障安全的前提下,最大限度地减少业主投入成本,缩短实施周期,竭尽所能提升发电量。
参照设计图纸和载荷分析结论,方案中保留了原有基础和部分塔架,将轮毂高度从80米提升至82米,仅增加2米的过渡段,将原93米叶片替换为121米叶片。
这是在满足载荷安全性要求下,最短的过渡段,以及可承载的直径最大的叶片。
问:对于西南地区,有哪些特殊工况需要应对?
张辰源:我国西南地区,气象条件多变,地形地貌复杂,尤其是该项目风场地处高海拔山地,空气密度和压强偏低、雷暴多发,相对湿度高、易产生冰冻、凝露现象,对机组的环境适应性构成严峻挑战。
因此,在机组选型时采用了防冰冻、防雷、绝缘性能加强的高海拔机型,并针对散热和防潮性能,进行了结构优化和配置加强。
首先,在制定塔基平台改造方案时,新安装的变流器、水冷器和主控等装置集成在同一平台,可提升机组维护的便利性;同时选用绝缘等级高的电气元件,并安装除湿系统。
在该项目中,为保障除湿效果、增加安全冗余,我们专门增大了除湿机的安装密度,在机舱和箱变内部都安装了除湿机,加强柜体密封,可以更好地保障机组稳定运行。
解决湿度问题,在做好基本的塔筒除湿和柜体密封之后,视项目情况和业主的需要,还可以对柜内的除湿设备升级,强化除湿效率。
强化除湿效率的进阶解决方案
其次,在原有箱变重新利旧的基础上,为提升机组安全性,将箱变外置到塔筒外的房舱内,与中压柜和低压开关柜集中放置,将电网高压线路接入房舱,集装箱接出690V电缆,连通塔筒内变流器。
问:除了硬件方面的技改,在软件层面还有哪些技术升级?
张辰源:我们对原有风场的中控系统进行了整体升级,新增金风中央监控系统(SCADA)V5.0、能量管理平台和协议转换系统,把技改机组和原有机组的数据全部接入到金风中央监控,实现整个风场运行状态的实时监视,以及自由报表生成、数据统计分析等功能,其智能化水平较原有中控系统有着“代差”级的提升。
而旧有的2.5MW机组拆除后,可作为其余未技改机组的备件进行保留,实现充分利旧。
原有机组拆除
问:该项目的技改方案能否应用在其他风场?
张辰源:当前的存量风电市场,大批兆瓦级以上风机已达到服役的中后期阶段,因机组大部件发生老化、磨损,造成风场发电量损失的情况屡见不鲜,亟待增功提效。
与“拔旧换新”相比,这所风场所采用的等容更新技改形式,审批手续简单,实施周期短,能从根本上解决低效机组故障率高、发电能力差、安全隐患多等问题,并最大限度减少项目业主的一次性投入,充分享受并网时补贴电价,缩短投资回收期,从而盘活低效资产,实现提档升级。
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