東方電氣高原生：風力發電機組電量提升整體解決方案

2017-10-20 12:49:51 能見　點擊量：評論 (0)

2017年10月16日-19日，2017北京國際風能大會（CWP2017）在北京隆重召開。在中國國際展覽中心（新館）在役風電機組技改提效專場，東方電氣風電有限公司，主任工程師高原生帶來電量提升整體解決方案主旨演講。主

2017年10月16日-19日，2017北京國際風能大會（CWP2017）在北京隆重召開。在中國國際展覽中心（新館）“在役風電機組技改提效”專場，東方電氣風電有限公司，主任工程師高原生帶來電量提升整體解決方案主旨演講。

主要包括風力發電機組發電量的影響因素，機組出力性能評估，功率曲線提升，穩定性提升模塊，最后討論了如何進行效果驗證和案例介紹。

以下為演講內容：

高原生：各位領導各位專家上午好，非常高興能夠跟大家進行技術交流，今天我的題目是電量提升整體解決方案，內容主要是從以下幾個方面進行介紹，第一點就是風力發電機組發電量的影響因素，第二個就是機組出力性能評估，第三功率曲線提升模塊，第四是穩定性提升模塊，最后討論一下如何進行效果驗證和案例介紹，首先我們來看一下影響風力發電機組影響因素，我們認為影響風力發電機組因素有以下幾個方面。

第一個風資源，風資源也就是代表風能的大小，第二個就是功率曲線，我們對風能吸收的效率和好壞，最后一個就是風能吸收時間，我們風機正常運行時間有多久，大家知道第一個因素是風資源是不可改變的，因為它是大自然的饋贈，但是后兩個因素是可以人為控制，我們可以進行提升。

下面講一下發電提升流量是這樣的，處理進行首先進行評估，接下來就是根據功率提升模塊和穩定性提升模塊的制訂措施對風機進行測試，最后進行一個效果的驗證。下來我們進行一個機組性能評估的介紹，也就是第二大點，有一個特點我們評估是基于能量可利用率，首先第一個客觀的衡量不同風電場的能量，捕捉水平和電量水平，第二個它可以定性分析風電場的提效潛力，對機組發電效率進行評估，觀察機組是否風資源吸收發揮最佳狀態，為電量提升優化措施，提供數據支持，影響發電量結果的因素。

大家知道，實際發電量和理論發電量就是有差異的，怎么把差異算出來，我們根據風場的地形還有切片還有暖流情況對風機進行詳細劃分，就可以量身定制確定風機實際效率怎么樣，第三大點講一下功率提升模塊，這是我們今天主要講的內容，從5個方面對風機功率提升進行改造，第一個葉片改造，第二個就是激光雷達的優化偏航對風，第三智能雙模運行，第四拓展風機運行范圍，第五高風功率提升改造。我逐步介紹，第一個增大掃風面積，提升風能吸收量，我們的方法就是直接更換更長葉片，這個方案的有點提升效率比較明顯，缺點就是成本比較高，第二個就是葉尖部分加長，這個部分由一個特點投資效益比較少，這個要對葉片質量進行很好的評估，不然風險很大。第三個方法就是將上面兩個方法混用，比如一部分的機組把短葉片換成長葉片，另外一部分進行葉片加長，從而提升最大的經濟效益性。

大家知道，葉片改造對風級影響最大的就是安全性，我們是整機場合我們對機組有載荷強度結構強度有優勢，我們就是把兩個加長和載荷進行了有效的評估，然后同時呢通過程序算法進行仿真，從硬件和軟件方面同時保證機組的安全性，我們這個葉片改造已經有多項業績，第一個我們首先在7個風場，21臺風機上，完成了70機組換77葉片，然后把77葉片換成80葉片的改造，電量提升效果明顯，同時呢我們已經完成了葉片加長1.6米和2米葉型設計和理論工作，本月我們會進行工作。

在葉片改造過程中，我們把葉片和整機載荷進行了集成化的設計，同時利用我們控制算法的優勢抑制了傳動鏈的振動和塔筒的振動，從而保證了機組的安全運行，第二個提升方法就是我們激光雷達偏航對風，大家知道風機對風效果不好的話，對機組的效率，對發電量的影響是比較大的。對風的思路通過激光雷達測量風機風輪前未受干擾的風速風向，通過它校正原來風向標偏航的誤差，使風機能夠更好的精準對風，從而提高發電量。這個方法是兩種，一個就是靜態校正另一種是動態校正，所謂靜態校政就是把那個激光雷達短期裝在風機上，比如一個月，通過收集一個月的數據，用數據算法分析出這個角度，在主控里面把偏航角度進行修改，這樣的話就可以把風機風速校正對的更準一些，但是它有一個特點，所以它那個效率提升比較有限，只是1%，第二個方法就是把風機激光雷達長期安裝在風機上面，通過測量輪轂前80米處的風速和風向，可以讓風機提前進行偏航，這樣的話明顯的減少了偏航的誤差，可以實現更精準的對分，這個集中效果可以達到3%。

再下來一個方法就是智能雙模運行，我們有兩種機型，最早的是雙饋機型，雙饋機型有一個特點就是低風速段效率不是特別高，這是第一個，第二個就是它受滑擦的影響，低風速沒有辦法運行和發電，現在我們有一種新的設計思路，采用鼠籠電機和雙饋電機組合模式，在低風速段的時候，就是把那個雙饋風機變成鼠籠電機運行，高風速的時候再切回雙饋模式，這樣就把鼠籠電機和雙饋風機的優點整合在了一起。

它的改造方法就是，把雙饋風機通過加裝一個定子，同時為了避免鼠籠電機和雙饋風機頻繁切換呢，我們加了一個置換控制，當風速增加到一定范圍的時候，才把那個鼠籠電機模式切換到雙饋模式，當風速下降到N1的時候才會從雙饋模式切換到鼠籠電機，這樣減少了頻繁的切換，增加了風機的壽命。大家可以從這兩個圖上看出來，大家看那個紅線是改造以后（英文）曲線，原來那個藍線在低風速（英文）比較小，但是改造以后低風速（英文）很好，就可以看出低風速段功率極限得多了改善，這個發電量可以增加1%，投資回收期是一到兩年的時間。

第四個方法就是拓展風機運行范圍，這個是針對不同的風機項目，大家知道各個地方氣溫不同地形不同，空氣密度也是不同的，我們設計的是理論設計值，然后我們現在就是根據IEC-61400的標準，把風機風速折換成當地空氣密度下的空氣，標準把機組切入與切出風速從設計空氣密度轉化到現場空氣密度下，把此值作為現場風機的切入與切出風速參數，從而提高發電量。這個特點只是軟件更新，效率是可以提升1%，投資回報率是一年之內。

最后一個策略就是高風功率提升策略，大家知道在風速很大的時候，尤其在滿發以上的時候，風速在大的時候我們最早的方式就是風機切除，大家可以從功率曲線可以看到藍顏色的范圍，超過一定范圍直接切除了，現在呢我們是在風速，在額定范圍首先把穩定功率充分利用風機，把額定功率值提高了，第二個方法在更大風速不是直接把風機切除，而是通過降符合降載的方式延長它的發電時間，從而提高發電量。這個方案有一個關鍵的因素呢就是一定要對風機的載荷和結構強度進行核算，不然會影響到風機的安全。

接下來就是穩定性提升模塊，大家知道通過提升鼓風機的穩定性來延長風機發電時間，提升電量方法有很多，我這里簡單介紹幾個，因為今天不是我們重點介紹方法，第一比如大部件，壽命的健康管理我們將技術和管理手段進行結合，利用大數據的手段對風機實行預檢和預修，第二個就是變槳軸承的單線式潤滑改造，第三個就是測風系統的改造，最后一個發電機軸承冗余保護，我們結合（英文）的數據，結合使用情況和故障情況提出一個方案，可以實現精準的提效，增加風機的發電量。

剛才講了很多措施，做完以后怎么辦，要進行效果驗證，效果驗證同樣基于能量可利用的方法，對效果進行全方位的驗證，第一個就是功率曲線進行評估，改造前后的發電量進行對比，然后對故障率、可利用率進行分析，我們會聯合第三方認證機構對這個效果進行一個綜合評估。

總結一下，我們現在兩種提升模塊，第一種就是功率曲線提升模塊5種方法，我們通過這5種方法的改造，成本不同，但是回收時間我們控制在4年之內，第二種穩定性提升模塊，通過對機組的穩定性進行改造，然后增加了技術的有效運行時間。

下面講一下實例，第一個我們派人到現場對風場進行實地考察，首先要收集數據，比如說測風塔的數據，地形的數據，機位的錯標，然后檢查一下可研報告里的風速，同時呢采集（英文）的數據，目的是對機組出力性能進行評估，根據性能評估我們制訂了一個功率曲線提升方案和穩定性提升方案，具體方案是如下的，第一個就是我們是把77的機組葉片換成82的葉片，為什么呢，因為我們在評估報告發現，可行性報告發現，原來的設計風速是7.5米，但是實際測下來的風速只有6米，這樣的話對風機的發電量的提升和葉片的效率比較明顯，所以一條線7臺風機，把77葉片換成了82葉片，第二利用激光雷達對偏向進行了校政，第二種高峰功率提升策略。

我們對故障情況進行了分析，進行了如下改造，第一個就是發電機軸承冗余保護，第二對測風系統抗冰凍進行了改造，我們對發電量進行了提升，實現了12%的提升，下面提升了4%，總體而言七臺風機提升達到了16%。這個案例雖然只是一個風場一條線路的改造情況，但是我們認為它具有推廣和借鑒了價值，我們東方風電將秉承“深挖機組潛能合作共贏創效”的理念，不斷開發提升機組發電量的服務產品。我們的目標是提升發電量10%及以上，謝謝大家。

（發言為現場速記整理，未經本人審核）