2024存量风电场提升效益的探索

存量风电场提升效益的探索目录风电市场展望风场优化及机组升级改造老旧风机“升级替代”风电市场展望风场优化及机组升级改造老旧风机“升级替代”目录（GW)）(GW)十年发展，两度沉浮，中国风电市场进入低速增长“新常态”中国风电市场年度新增及累计并网装机量，2008-2018(e)截至2018年6月底，中国风电市场累计装机容量已达196GW，其中陆上192.7GW，海上装机3.3GW。预计至2018年年底，中国风电市场累计装机容量将达216GW，其中陆上204GW，海上装机4.5GW。风电市场展望Source:中国风能协会，润阳能源投运年限增长，大批风机将出质保5年新增并网容量（陆上），2000-2024(e)陆上风机出质保容量预测，2006-2024(e)风电市场展望Source:中电联，润阳能源装机量（GW）据测算，2014年底，陆上风电机组出质保容量约为75GW，截至2018年底，这一数值预计将达到106GW，而到2023年，这一数值预计将达到204GW。容量（GW）风电市场展望风场优化及机组升级改造老旧风机“升级替代”目录如何向存量风场要效益？已建成风电场运行现状及存在的问题风场优化及机组升级改造风机本身问题（“先天不足”）设计陈旧设计缺陷等宏微观选址（“出身决定一切”）测风时间不足机型选择问题机位点确定运行维护能力、经验不足维护不到位总成本建设成本运营成本发电量AEP？存量风场提升效益的几种路径主流改造方案风机设计缺陷、风场微观选址、气象环境变化等问题，造成早期建成的风场风场运行状况不佳，针对此类风场已有一系列提效优化方案叶片的相关方案目的均为增大扫风面积，提高捕风能力，对叶片改造的提效效果也是最为直接的风场综合治理的出发点为降低能耗，提升风场可利用率控制系统的优化升级可以单独进行，也可配合其他方案同时进行风场优化及机组升级改造1.风电场综合治理2.叶片优化叶尖延长翼叶根延长节加装涡流发生器加装格栅及后翼3.塔筒优化塔筒增高塔筒减重（载荷优化，针对初装风场）4.主控策略升级风电场综合治理综合治理方案内容通过对老风机加装振动在线检测、油品在线检测装置。对变频器、变桨系统、发电机、齿轮箱冷却系统、定子接触器、防飞车、防雷进行改造等综合治理以延长风机的使用寿命、提升风机运维的可靠性和安全性。液压站、管路清洗刹车卡钳的修复齿轮箱散热系统的整改，水冷却系统改风冷却系统主轴承、变桨偏航润滑油脂的清理更换风速风向仪的检定、校正电气线路的检查

风场优化及机组升级改造叶片优化叶根延长节——原理及实施步骤叶根增加延长节，增大风轮扫风面积，吸收更多风能，达到提升发电量的效果。根据不同风况及叶片可提升发电量5%-12%。叶尖延长翼——原理及实施步骤原理：叶尖增加延长翼，增大风轮扫风面积，吸收更多风能，达到提升发电量的效果。根据不同风况及叶片可提升发电量5%-12%。风场优化及机组升级改造载荷设计、校核强度设计、校核叶根与轮毂间增加延长节增大风轮扫风面积控制策略优化调整提升发电量5%-12%载荷设计、校核强度设计、校核叶尖增加延长翼增大风轮扫风面积控制策略优化调整提升发电量5%-12%叶片优化——叶根延长节施工方案地面施工方案需要1台400t-500t主吊车、1台50t-100t辅吊车，施工费用较高。空中施工方案仅需2台200t左右吊车即可，施工费用较低实际案例已实施风场项目：汇丰马鬃山风电场：MY1.5-82/65大唐山西浑源风电场：MY1.5-82/65大唐多伦大西山风电场：MY1.5-77/82预实施风场项目：xx桃山湖风电场xx饶平风电场xx龙塘山风电场xx围场风电场风场优化及机组升级改造方案1：地面施工风机轮毂和叶片整体拆卸在地面进行延长节的组装恢复风机方案2：空中施工不拆卸轮毂，逐个拆卸单个叶片在地面组装延长节在空中与轮毂对接安装叶片优化——叶尖延长翼叶尖延长翼的设计与生产延长翼根据原叶片的结构参数进行优化设计，根据设计制作模具，在工厂进行延长翼整体的生产安全性测试：强度设计校核：疲劳和粘接部位强度试验载荷设计、计算和校核（计算、设计报告）实际案例已实施风场项目：国电文登紫金山风电场大唐山西浑源风电场预实施风场项目：xx山西左云风电场xx霞浦风电场xx山东平阴风电场风场优化及机组升级改造叶片切割、预处理模具固定大梁粘接表面玻纤布粘接固化、打磨、刷漆现场施工工艺叶片优化——加装涡流发生器原理及实施步骤改进叶片失速性能，提升叶片捕风能力，吸收更多风能，达到提升发电量的效果。根据不同风况及叶片可提升发电量2-3%，且该方案对载荷影响最小。实际案例已实施风场项目：xx山东胶南风电场发电量提升2.19%风场优化及机组升级改造载荷设计、校核强度设计、校核气动模拟计算加装涡流发生器提升叶片气动特性提升发电量2%-4%叶片优化——加装格栅及后翼原理及实施步骤叶片加装格栅和后翼，优化叶片空气动力学性能，提高叶片捕风能力，且提升风能利用系数Cp值。风场优化及机组升级改造载荷设计、校核强度设计、校核叶根增加格栅，叶尖增加后翼增大风轮扫风面积，且提升Cp值（提升气动特性）控制策略优化调整提升发电量5%-12%叶片优化——相关评估、认证，及专利证书设计符合评估证明及效果评估认定风场优化及机组升级改造叶片优化——相关评估、认证，及专利证书风场优化及机组升级改造设计符合评估证明及效果评估认定叶根加长评估证明及效果评估认定-提效8%叶尖延长评估证明及效果评估认定-提效12%12%8%叶片优化——相关评估、认证，及专利证书设计符合评估证明及效果评估认定风场优化及机组升级改造叶片更换评估证明及效果评估认定-提效19%19%叶片优化——相关评估、认证，及专利证书风场优化及机组升级改造塔筒优化原理利用风切变特性，更换第一节塔筒的方式来增加塔筒高度，提高风机轮毂高度，提高风速，进而提升发电量。风场优化及机组升级改造上式中：α为风切变指数；z1为已知高度；v1为变化后风速所在高度；为高度z2处的风速；v2为z2高度处的风速。主控策略升级主控策略升级路径主机控制优化和升级，提升发电效能：变桨风机控制，由早期转速转矩表的控制方法升级为最优Cp-λ跟踪控制方法、基于风机动态模型控制算法，最大化利用风能风场优化及机组升级改造第I代：转速转矩查表法第II代：最佳Cp-λ跟踪第III代：基于风机动态模型控制算法转矩-转速关系主控策略升级案例介绍风场优化及机组升级改造左图为优化之前风机风速-转速散点图，右图为优化后风机风速-转速散点图，优化效果明显。原转速-转矩表控制算法最优Cp-λ跟踪控制算法实际案例1——XX饶平项目

项目介绍饶平所城风电场工程主要是所城镇和柘林镇所辖区域的山地和丘陵地带，共安装1500kW风电机组20台，750kW风电机组26台。通过收集现场SCADA数据，2015年26台明阳机组平均发电小时数为1672h。其中，发电量较低的67#、68#、73#、75#等4台机组不足1200h。如右图。针对现场部分机位风速低、发电小时数差，收益率低的特点，我司拟进行效能提升，并提出了优化升级改造可行性方案风场优化及机组升级改造风场机位分布图风场机位风速和发电小时数实际案例1——XX饶平项目风资源概况（依据现场东界尖测风塔）风场优化及机组升级改造现场70m高度威布尔分布70m高度风向70m高度风能玫瑰图全场风速较低，2015年26台风机机舱平均风速约5m/s饶平风电场项目空气密度为1.132kg/m370m高度的湍流强度等级判定为IECC类综合风切变分别为0.0253、0.0208。测风塔标空下轮毂高度50年一遇最大风速小于37.5m/s风场主风向为东北，次主风向和次主风能方向均为东北偏东方向，如右图实际案例1——XX饶平项目

现场近三年风场SCADA数据，部分机位2015-2017年发电量统计如下，其中67#、68#、73#、75#效能较低。风场优化及机组升级改造

2015年运行数据2016年运行数据2017年运行数据机位号风速（m/s)发电量等效利用小时数风速（m/s)发电量等效利用小时数风速（m/s)发电量等效利用小时数654.77244.951633.005.09249.041660.275.09267.231781.56664.79244.051627.005.28282.331882.195.20293.491956.61674.49174.91166.004.53191.061273.764.33182.651217.69684.31176.551177.004.44184.801231.974.41186.941246.27695.082791860.005.27306.952046.335.25304.722031.48705.14246.61644.005.23280.641870.955.30270.921806.13714.86230.11534.004.95257.091713.914.84255.781705.20724.31204.151361.004.40218.231454.884.88241.771611.78734.21174.31162.004.13168.311122.054.39195.631304.17744.49206.71378.004.43189.881265.874.69224.681497.86754.13170.71138.004.12156.751045.014.28184.221228.10764.52204.31362.004.35190.061267.044.68217.871452.48774.40204.31362.004.35188.691257.934.56223.621490.82实际案例1——XX饶平项目叶根延长（如右图）：饶平风电场风机叶轮直径为82.6m，MY1.5MW-82风力发电机组在低风速下存在载荷设计余量。根据其参数和特性，在叶根与轮毂间增加2m长延长节，即在变桨轴承和叶根中间增加一过渡延长节，增大风轮扫风面积，达到提升发电量的效果。

综合技改方案：根据现场风机运行的风速风频数据和功率曲线，以及机组运行状况和客户需求；综合分析后，我司提出了塔筒增高和叶片延长，以及控制策略优化调整综合提升效能方案。风场优化及机组升级改造叶根加长功率曲线提升对比叶根加长效果图实际案例1——XX饶平项目塔筒增高此方案理论依据风速切变特性，更换第一节塔筒的方式来增加塔筒高度，提高风机轮毂高度，增加平均风速，来提高风速提升发电量的技术方案。根据现场基础设计资料和前期工作经验，该基础强度可以满足1.5MW容量89米叶片80米塔筒高度机组安全运行。为最大限度利用现有资源，对现有65米塔筒进行加高设计改造，增加第四节塔筒15米，更换89米叶片和主机。右表，塔筒提高后风速对比场优化及机组升级改造编号65米平均风速(m/s)80米平均风速(m/s)15m/s湍流强度风切变最大入流角标空下50年一遇极大风速(m/s)67#4.495.870.0990.1397.533.8168#4.316.030.10.1356.936.373#4.215.110.1550.172.429.0575#4.135.250.150.216628.05注：塔筒增加到80米机位风资源参数实际案例1——XX饶平项目根据现场风机运行的风速风频数据和功率曲线采取塔筒有65米技改到80米塔筒高度，叶片直径由82.6米技改到86米叶片。通过加长叶片和塔筒高度改造后可利用小时数能达到1385小时，提升比16.62%。经测算，项目静态投资回收期为6年，寿命期净收益514万元风场优化及机组升级改造机位号原可研设计数据MY1.5-82/65按原可研数据MY1.5-86/80提升比(%)2015～2017年三年平均值（实际）测算的技改后数据增效（%）65m高风速(m/s)等效小时数80m高风速(m/s)等效小时数风速(m/s)等效小时数等效小时数

67#5.522019.835.872653.0031.354.451219.151449.8118.9268#5.692171.506.032826.2530.154.391218.411424.5616.9273#5.041566.055.111866.4019.184.241196.071371.2914.6575#5.111630.635.252005.1022.964.181137.041319.0816.01平均值

1192.00138516.62技改到80米塔筒高度86米叶片前后发电量数据比较具体数据分析技改效能对比及经济性分析风电市场展望风场优化及机组升级改造老旧风机“升级替代”目录“升级替代”为哪般？升级替代的风场及机组类型优质资源开发殆尽，新开发的风资源基本是平均风速为5-6m/s的低风速甚至“超低风速”资源老旧风机机型陈旧，发电效率差，备件难买，维护难；或是因宏观选址、微观选址不够精细，使得现有风场发电效率差风电行业政策红利正逐渐消失，上网电价逐年降低，去补贴进程加速对于风电开发商来说，现在的市场环境无疑是“内忧外患”，老旧机型的“升级替代”则为开发商提供了全新的效能提升解决思路老旧风机“升级替代”I/II类风区（单机功率增加）1.5MW及以下机组更换为2MW、3MW等大功率机型III/IV类风区（更换为低风速机型）老旧小风机更换为1.5MW或2MW及以上的低风速机型其他低效、经济性差的老旧机组2012年及之前开发的风电场多选用1.5MW及以下的小功率机型，多在优质风资源区，且上网电价均高于当下水平。实际案例——XX南澳项目项目介绍南澳风电场项目分为三期建设，地理位置为广东省汕头市南澳岛上，一期项目为牛头岭风电场，采用18台NEG麦康750型机组，2000年建成投运，二期为2007年建成投运的Vestas

V52-850kW机型，53台；三期项目为2010年投运运达750kW机型，20台风场40m高度年平均风速介于7.06m/s～8.22m/s；65m高度年平均风速介于7.34m/s～8.43m/s近三年全场平均等效利用小时数为2501h本次设计改造主要针对一期牛头岭项目（NEG麦康750机组）将原机组拆除后，在原机位中选择5个点位，安装4台3.0MW的机组和1台1.5MW机组升级替代后总容量保持不变（13.5MW），节省了13个机位的土地面积老旧风机“升级替代”实际案例——XX南澳项目现场风资源概况（现场021测风塔）根据多年数据统计，该地区主风向为东北（NE）和东东北（ENE）风各测风塔40m高度15m/s风速段，湍流强度介于0.095～0.146风场65m高度50年一遇最大风速为54.0m/s，大于50m/s，因此，应选用超IEC-Ⅰ类或S类抗台风型风机65m高度年平均风速介于7.34m/s～8.43m/s，年平均风功率密度介于432.7W/m2～581.6W/m2。根据《风电场风能资源评估方法》（GB/T18710-2002）判定该风电场风功率密度等级为