北極星風力發電網訊： 2022年國內有新增裝機的風電整機企業只有10余家，但在2010年時，我國風電行業百家爭鳴，國內大大小小風機廠家70余家，近60家主機制造商在風電發展歷程中被淘汰，遺留下一批無主的“孤兒風機”。
2月23-24日，由水電水利規劃設計總院指導，由北極星電力網、北極星風力發電網主辦的“第二屆風電運維技改大會”成功召開，會議期間，潤陽能源技術有限公司副總經理、研究院院長劉昊如是說。
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老舊風機存在“四多”難題
劉昊指出，國內老舊風電機組存在“四多”難題，需要風電產業上下游企業通力合作，共同攻克。
第一，隨著風機運行年限的增長，老舊機組的數量越來越多。截止2022年底，我國大于10年的老舊機組約7500萬千瓦，超過總裝機容量的20%。
第二，風機廠家的品牌多。2010年我國共有70多家主機品牌，華創、天威等60家左右的主機廠退出，彌留的孤兒風機品牌復雜。
第三，老舊風機的型號多。國內主流的包括雙饋、直驅、半直驅等機組類型非常多，以某孤兒機組1.5MW風機為列，其葉輪直徑有6種型號，主控制器有3個品牌，變流器有5個品牌，變槳有4個品牌，這樣排列組合一個機型就有幾十個型號，給運維技改帶來了極大的挑戰。
第四，風機運行的問題多。老舊機組故障率高、運行效率低、掃風面積小等幾個維度體現了老舊機組可靠性差、發電量低和運行效率低。同時，機組還存在部件老化、品牌繁雜、技術落后、軟件無法更新、監控功能不完善等一系列問題。
精準分析、定制技改助力風機“長跑”
劉昊認為，風電機組全生命周期的運行猶如一場長跑比賽，運動員之所以跑得好、跑得快、跑得遠、跑得省力并且不容易受傷，和運動員的呼吸、心率、步頻、擺臂和落腳的姿勢息息相關。
風機也一樣，想要20年全生命周期內運行平穩，發電效率高，其發電的狀態十分關鍵，葉片轉動是否平穩、振動是否可控、溫升是否合理、葉片角度是否平衡等變量都影響了機組的運行穩定性。
風電機組最理想的狀態是機組可持續的、平穩的運行，所有部件同步老化磨損直至壽命結束，而不是在運行過程中，大部分部件運行良好，但某些部件已經失效，這樣就影響了整個風電機組生命周期的運行。
劉昊表示，大部分老舊風機在運行過程中都處于亞健康狀態，造成了一定程度上的發電量損失，通過精準分析，發現機組的亞健康狀態，再進行定制化技改對亞健康狀態進行治療，消除機組的局部疲勞，可以提升風電機組運行的穩定性和發電量。
如何發現，并精準分析機組的亞健康狀態？
第一，機組的控制維度，可以通過分析單臺機組功率曲線時間維度的縱向對比，或者多臺機組空間維度的橫向對比，來發現低效機組。
第二，機組的狀態維度。很多機組運行狀態不一定能直接反映在功率曲線上，但會影響風機長期穩定的運行，通過發現風機運行狀態維度上的異常，包括像類似于氣動性能、振動特性、轉速特征等來評估機組健康狀態。
從數據層面分析了機組可能存在的潛在風險，通過專項的檢查，用專業的設備針對具體部位進行詳細的檢查確認，比如激光、聲紋、視頻、振動設備等來分析確認存在的故障隱患點。
劉昊介紹，技改主要包括體檢、確診、治療、定期復查四個維度：
體檢，通過準確的數據收集和專業的分析來獲取機組的狀態信息，從而定位機組病灶。
確診，確認技改范疇，做到既不浪費技改費用，又能針對某些問題進行準確性的技改，實現技改范圍的最優。
治療，通過快速技改實現交付，減少機組的停機時間，降低發電量損失。
定期復查，通過定期復查來讓風機可以在全生命周期內持續穩定的運行。
做風機的健康顧問與家庭醫生
會議期間，劉昊分享了潤陽能源技術有限公司在5個省針對5種機型的提效優化技改、綜合技改、深度技改等相關案例。
第一個案例，吉林某風場的天威1.5MW雙饋風電機組。從功率曲線可以看到，這臺機組在改造前，一個是無法滿發，另外，偏航控制策略不是特別好，機組在滿發額定前功率曲線相對較差。
經過技改以后，風機功率曲線已經恢復到正常水平，綜合評估下來，機組優化完之后發電量可以提升10%以上。
第二個案例，甘肅某風場航天萬源2MW直驅風電機組。技改前機組振動狀態非常頻繁，運行轉速控制不穩定，正是因為運行轉速控制不穩定，所以經常出現振動故障，導致機組可利用率特別低。
通過控制手段在機組控制器里面增加一些濾波和頻率算法，來識別機組頻率來源，從控制上把機組的振動來源濾掉，讓轉速運行的更平穩。經過改造之后，機組可以穩定運行，而且沒有再發生振動的問題。
第三個案例，山西某風場鋒電能源1.5MW雙饋機組。機組低風速階段，功率、轉速、振蕩比較厲害，無法滿發。
分析后發現是轉矩控制很不穩定，經過技改，首先通過一些新的控制算法，最優的轉矩控制、降載控制策略等，讓風機可以持續穩定的運行。經過技改后，機組在全風速段內轉矩和功率都能實現穩定，而且通過這種手段發電量得到了很大的提升。
第四個案例，山東某項目日本川崎1.5MW中速永磁機組。因為這臺機組在全國只有一臺，所以是典型的孤兒機組。這臺機組有諸多問題，如無法滿發、振動比較大、故障率特別高、備件無法支撐，同時業主沒有運維風電的經驗，所以導致機組屬于年久失修的狀態。
通過對機組資料的搜集，包括現場的實勘，首先建立風機的仿真模型，通過模態分析分析風機各個大部件，包括葉片、傳動鏈、塔筒的頻率、耦合頻率進行分析，進行整體載荷的仿真計算和強度分析，通過分析結果進行控制策略的定制和改進，在保證安全的情況下讓機組的控制策略最優。
技改后，這臺機組已經運行2年時間，不僅機組可以平穩的運行，而且關鍵的部件可靠性也得到了明顯提升，控制參數在持續運行中不斷優化、迭代，同時給機組增加了一套SCADA系統，手機可以遠程進行監控，業主可以持續的對機組狀態進行查看。
技改后，機組年可利用小時數可以提升1000小時，可利用率也提升了78%，經濟收益比之前提高了3.6倍，運維成本、故障率、場內購電成本都有很大的降低，讓這臺機組重新煥發了生機和活力。
最后，劉昊介紹，潤陽能源有經驗豐富的數據分析和技改交付專業團隊。對國內外多種孤兒機組，包括華創、天威、航天萬源等超過8個品牌主流的雙饋、直驅、中速永磁等機型做過相關的技改升級，累計改造過的孤兒機組超過了300臺。潤陽能源一定可以用專業的力量成為風電機組及風電場全生命周期的健康顧問和家庭醫生。
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