低效风机技改实践与推广运用的分析和思考

【摘要】近年来，随着风电行业的跨越式发展，在运机组数量急剧增长，而早期投产的机组因微观选址不精准、项目设计不科学、设备选型不合理、制造技术不成熟、测风数据粗糙订正、气象数据分析不充分等因素造成风电机组投产之后部分机组发电量较低，风机运行数据及效益远远不及可研评估值，如何处理这种低效风机是运营商不得不面对的棘手问题。如何有效提高在运低效风机的发电量成为了风电运营商重点关注的问题。如何对原有低效风电机组进行一系列技改来提升机组可靠性和发电性能是风电运营商和风机厂商未来一段时间关注和探索的主要焦点与方向。【关键词】风力发电机组低效风机技改有效提高机组发电性能1.引言《可再生能源法》实施以来的十年间，借助于国内外资本市场的拉动，我国风电技术水平取得了巨大进步。各种创新型技术陆续实现了商业化的应用，风电机组各项性能得到了明显提升。受益于规模化发展，风电建设实践经验得以快速积累，促进了设计方案的完善、制造工艺的改进、项目优化的提升，设备质量和可靠性进一步提高。技术的日益发展，也带来了对旧有机组改造升级的需求和可行性的探索。风电运营商、整机厂商、第三方公司纷纷将提升低效风机发电量作为一项新的技改商机而投身其中。目前，已有不少风电项目正在尝试通过部分技改手段来提高发电量，获得了较为可观的收益。2.低效风机主流技改方法及分析2.1低效风机的主流技改方法（1）机位机组互换；（2）加高塔架；

（3）引入扇区控制策略；

（4）主控程序优化；（5）叶片更换或加长；（6）机组迁建；（7）调节双馈式风机机组变频器励磁力矩。2.2低效风机主流技改方法的利弊分析（1）机位机组互换：该技改基于新建项目基建期间，对新项目资源较好的与已投产资源较差的机位机组进行互换，使用原风机基础，不改变实际用地面积，技改成本相对可控，机组可靠性和发电性提升明显；新机组由于塔筒及叶片较原机组增长，投产后产生的湍流和尾流会对原机位周围机组有一定影响；由于使用原风机基础搭配新风电机组，需要定制加强型塔筒及紧固螺栓，制造周期相对较长，工艺品控相对复杂。若技改项目周边有新建风电项目，该方案经济性相对较高，可选择该方案论证经济性。（2）加高塔架：技改后风速提升明显，机组可靠性和发电性能会有明显提高。但需重新对该机组及周围机组的载荷、安全性、经济性等进行计算评估及设计论证，还要论证技改后风机基础承载是否达标，且吊装成本较大，并有一定风险。（3）引入扇区控制策略：技改成本最低，受尾流影响较大或产生尾流较大的机组技改后尾流影响显著下降，机组安全性和发电性能有小幅的提升，但后续持续优化难度大。建议运营商积极与主机厂商推进扇区管理控制策略的论证和开发，并进行试点验证，达到预期后可批量应用。（4）主控程序优化：技改成本最低，低效机组技改后运行可靠性和发电性能有一定量的提升，但后续持续优化难度大。建议运营商积极与主机厂商探索主控程序优化的论证和开发，并进行试点验证后批量应用。（5）叶片更换或加长：机组可靠性和发电性能提升非常明显，但技改成本相对较高，需要对该机组及周围机组载荷、安全性、经济性等进行重新计算评估及设计论证；还要论证技改风机基础承载是否达标；设计、论证、改造的周期较长；吊装、拆卸、运维等有一定的不可控风险。目前国内已有部分运营商选择了该方案，尝试对叶尖及叶根进行加长来提升低效风机发电量，项目收益率得到一定幅度的提升。（6）机组迁建：机组可靠性和机组发电性能提升显著，设计难度相对较小。因没有相关的政策扶持，机组迁建需重新办理环评、用地报批、林地许可证等手续，且需要新修道路、风机基础、集电线路等基础设施，方案的经济性也需要多重论证，同时原机位的弃用，造成一定的无效资产损失。相对于山地类、高原类、征地较贵类的项目，机组迁建方案性价比相对较低，需慎重考虑。（7）调节双馈式风机机组变频器励磁力矩：通过优化变频器主程序及更换变频器零部件，大风时调节变频器励磁力矩，间接提升发电机出力，机组发电量有小幅的提升，技改成本相对较小；技改风险相对较高，需要论证技改后风机及变频器的安全性，且后运维期间存在过流、过载、起火等不可控的因素；技改后对变频器、发电机寿命有一定折损。需审慎考虑。3.技改项目的概况本次技改前，华能阳江项目两期已投产的项目均安装33台某品牌1500-82/65型风电机组，总装机容量为99MW。新建项目拟安装33台该品牌1500-89/80型风力发电机组，总装机容量为49.5MW，投产后总装机容量为148.5MW。变电站运行方式为三期共站共线路送出方式运行，本次技改是在新项目基建的初期展开对二期低效风机的论证和技改工作。3.1低效风机改造方案概况本次技改前，两期已投产项目总体运行良好，但因项目投产较早，风电场场区地形较为复杂，微观选址及风机制造技术相对不够成熟，导致部分机位建成投产出现发电量偏低，低于盈亏线的情况。为有效提升项目的整体盈利能力，我司技改小组组织开展对低效风机技改的论证与探索。经与某设计院和某主机企业合作，开展对低效风机的技改方式研究和论证工作，并计划利用新建项目施工的契机，进行部分低效风机的改造工作。按整体收益率最大化为原则，初步拟定以下几种改造方案：（1）2台低效风机的互换机位方案；（2）6台低效风机的互换机位方案；（3）2台低效风机的单纯移机方案；（4）6台低效风机的单纯移机方案。3.2低效风机技改论证过程为保证技改方案论证更贴合实际，最大限度保证使用的测风数据的完整性，技改小组对准备改造的两台风机进行激光雷达补测数据，并与原有的测风塔数据进行代表年订正。通过分析数据可知，测风塔与激光雷达测得的数据各高度风速、风向扇区、风能扇区分布情况一致性较好，可直接作为论证的数据依据。图一：激光测风仪及机位相对位置图图二：实测风向玫瑰图

图三：实测风能玫瑰3.3低效风机技改方案利弊分析（1）2台低效风机互换机位的方案：不改变原项目用地面积，可直接使用原风机的基础。对于新建项目的影响完全可控，对原周边机位影响相对较小；新增投资成本及风险相对最小的情况下，可获取相对的收益较高；作为第一推荐方案。（2）6台低效风机的互换机位方案：不改变原项目用地面积，可直接使用原风机的基础。鉴于塔筒和螺栓需要定制，多台机位互换的情况下工期较长，对于新建项目的工程进度影响存在不可控因素；新增投资成本、风险最大，但收益较可观；作为次选推荐方案。（3）2台低效风机的单纯移位方案：大幅提升了原项目盈利能力，但减少了新项目的装机容量，影响了新项目的整体利润；需要重新办理多项前期手续跟开工手续，办理周期相对较长，有一定的审批难度；存在制约新建项目建设进度的情况；不建议采用。（4）6台低效风机的单纯移位方案：大幅提升了原项目盈利能力，但导致新项目的装机容量缩减的较多，严重影响了新项目整体利润；需要重新办理多项前期手续跟开工手续，办理周期较长，审批难度较大；存在制约新建项目建设进度的情况；不建议采用。4.低效风机技改方案经对设计院与风机厂家双方测算的数据进行反复的分析对比，技改小组组织召开多次研讨会，对技改方案的细节和重点进行详细分析结论如下：表一：技改方案汇总表鉴于国内当时低效风机没有类似的技改先例，无任何经验可以借鉴，从风险收益比及回报周期等众多因素来综合评估，最后经多次研讨后决定选用方案一为本次技改方案。低效风机改造后理论上可大幅提升39#和40#机位的发电量；F2#和F10#在新机位投产后运行稳定性也得到一定提升；技改成本相对较低，回收周期相对较短；对三期新建项目的影响较小。2015年1月21日，开始对两台技改的风机进行拆卸对换，2015年4月26日，完成四台风机的吊装、调试工作，风机投运后运行正常。目前风机已经稳定的运行了5年。5.低效风机技改效果分析技改风机已投产5年，为验证本次低效风机的技改效果，通过对某品牌主机厂家SCADA系统后台收集到的2012-2019年数据进行分析，鉴于39#、40#原风机于2012年4月才投产，2015年风机又进行了技改，年运行数据都不完整，故本次分析数据采用2013年、2014年、2016-2019年进行对比分析，分析情况如表二。表二：技改前风机运行数据表三：技改后风机运行数据为了科学的评估技改后的整体效果，技改小组也邀请了风机厂家对风机技改前后的运行情况进行综合计算，对技改效果进行科学的评估分析。报告揭露如图6所示。6.低效风机技改的结果通过表二、三、图六的数据，我们可以看出：①技改后068#、076#风机年均发电量与WT计算值对比增长较多，039#、040#风机年均发电量与WT计算值对比略有下降；②技改后4台风机的年发电量总体提升约4.26%，总体增发电量约548685kW·h，远好于论证值；③技改实际效果远小于风机厂家计算的提升效果。经对比风机厂家出具的报告，发现风机厂家也未对周围风机技改后的影响情况进行分析计算，报告数据可能会存在失真的情况。为保证本次技改风机数据更有价值性，同时为保证技改后数据的客观性和科学性。对技改前后周围运行的风机数据进行了综合分析，分析数据如下：表四：技改前周围风机运行数据表五：技改后周围风机运行数据经对比表四、五数据，我们可以看出：①低效风机技改后039#、040#风机周围的风机年均发电量比技改前不但未出现降低反而还有一定幅度的增加；②068#、076#风机周围的风机发电量技改前后基本接近；③因而可以认为本次的技改方案技改后达到并超过了设计预期，提升发电量效果明显，但实际整体效果远低于主机厂家的效果分析值。表六：技