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华能清能院:风机改造这件小事,大有可为

来源:中国电力新闻网 时间:2022-01-13 15:49

  随着我国风电行业逐渐走向成熟,一批投运时间超过15年的风场出现了明显的老化现象,机组的安全隐患增多,可靠性和发电效率下降明显,运维成本显著增加,收益率下降。据华能清能院党委书记、董事长李卫东介绍,我国在2010年之前投运的这批风电场,绝大多数都拥有得天独厚的风资源优势,如今却有很多面临“好风不好用”的尴尬局面。随着风机技术进步以及产业链发展,新机型的风能利用效率稳步提升。相比之下,以当前主流技术对存量机组进行系统性改造,挖潜技术进步红利,助力存量资产提质增效,可以“化腐朽为神奇”,让老旧风机焕发全新光彩。

  改造法宝一 ——老旧风机提质增效

  “尽管新的风电项目投产并网总能成为头条新闻,我们要做的却是改造甚至拆除它们。”来自华能清能院风电改造技术部的工程师许扬笑着这样介绍自己的工作。许扬是清华大学博士,她所在的风电改造技术部专业人员不到20人,所有人都拥有硕士及以上学历,有多名技术骨干来自清华大学、华北电力大学等重点院校,团队拥有丰富的风电机组整机或零部件设计研发经验,能对风电机组重大故障进行诊断分析,开发智慧运维软硬件新产品,还能对存量风电项目实施提质增效需求分析、方案制定、组织实施到项目交付全过程管控,可以说是一支“高素质、全能型”的队伍。

  华能清能院之所以投重兵在风机改造领域,也正是因为看中了这一领域在风电行业拥有的巨大潜力。经过近20年的发展,我国辽阔的国土上分布着大大小小的风电场,风电发电装机容量占比也在逐年提升。截至2021年9月,我国风电累计装机容量达2.97亿千瓦,占发电装机总容量的13%。从风电机组装机年限上来看,截至2020年底,我国陆上装机5年以上风力发电机组达1.45亿千瓦,占总装机量的51.4%,而装机年限超过10年的机组占比则达到11.5%。

  风电改造业务的主要对象是存量风机。2021年,华能清能院风电改造团队成功实施了山东分公司华锐1.5兆瓦机组并网回路改造项目,通过优化并网回路设计,有效避免了变流器火灾事故,有效提升了机组发电效率的同时,进一步保障了机组的安全稳定运行。

  随着新能源装机占比越来越高,电力系统呈现电力电子化趋势,电网对新能源场站的接入技术要求越来越高。涉网性能改造可显著提高存量风电场接入系统的稳定性。华能陕西分公司靖、定边风电机组高穿改造是国内首个在超短时间周期内完成高低穿联锁穿越的风电涉网改造项目。面对最严苛的风电机组并网标准,清能院风电改造团队对项目方案中的变桨系统进行了优化设计,保证项目在实施完成后,充分满足陕-武直流送出的技术要求,提升靖、定边风电场的并网运行稳定性,降低弃风限电率。

  目前,团队还申请了华能集团叶片防结冰专项研究课题。该课题首次采用气、电混合加热方式解决南方冬季叶片结冰问题,从而解决困扰风电机组冬季安全稳定运行的难题,项目成果推广后可降低湖南、贵州、重庆等区域公司每年电量损失1亿千瓦时以上。

  改造法宝二 ——老旧风场“上大压小”

  “光荣退休”在风电行业并非易事,清能院风电改造团队的另一重点工作是老旧风场“上大压小”——利用最新技术升级或替换老旧机组,实现在占地面积不变的情况下,大幅提升装机容量,同时最大限度保护修复生态环境。例如,使用5兆瓦机组替换1.5兆瓦机组,风电场可在原有的占地面积上轻松实现装机容量翻倍小目标。

  初期建设的风电场,往往占据着优质的风能资源,却由于机组低效或装机容量限制不能充分利用风能资源发电。最近,国家能源局发函对《风电场改造升级和退役管理办法》征求意见,风电场“上大压小”翻新扩容势在必行。

  针对这一情况,清能院风电改造团队对中国华能运行15年以上的老旧风电场开展“上大压小”的方案制定和研究工作。经过十几年年的自然变迁,地形地貌经常会发生大大小小的变化,需要从基础选址计算入手,在满足基础承载的情况,用最小的面积完成机组升容改造,把退出的土地面积进行生态修复。同时,老旧风电场“上大压小”涉及到机组选型、风资源计算交付等全流程工作。被替换下来的老旧设备会越来越多,团队正在努力研究叶片等老旧设备高效回收利用的方法。

  改造法宝三——引领行业标准制定

  2021年,风电改造团队签订风电机组提质增效改造合同总额突破亿元大关。然而,仅仅停留在技术创新和打造风电改造行业标杆上是不够的,华能清能院风电改造团队给自己设立了更大的目标,要借助自身技术、资源优势,制定行业标准,引领整个风电后市场健康有序发展。

  风电改造业内服务商背景不同,专业技术水平良莠不齐,面对的风电后市场风机年代各异、品牌不同、问题复杂,同时还存在着知识产权保护不成熟、历史数据缺失等历史遗留问题。这些情况都掣肘风电后市场健康有序发展。面对风电改造安全的重大课题,风电改造团队自身具备载荷安全校核能力,又能够协调主机厂以及第三方认证机构,在项目管理中可以做到双保险,同时,利用自身经验技术对外部数据进行验证复核,把风电改造安全风险降到最低。

  团队一直以来重视科技创新与技改服务协作统一,借助横向参与项目的经验积累,参与了多个纵向研究课题。2021年,团队积极申请中国华能科技课题,已立项科技课题6项,经费总计1399.3万元;申请发明专利173项,实用新型专利60项,获受理143项,获授权发明8项,获实用新型授权23项;主导或参与编制国家标准5项,参与编制IEC标准2项。

  一年来,风电改造团队奔赴全国40余个风电场,前往现场一线勘察调研,分析数据。“风电技改的本质是要深入分析研究机组的环境条件和运行状况,制定高性价比的提质增效改造方案,做精存量,服务于集团存量风电资产提质增效。”清能院风电改造技术部负责人蔡安民说。风最大的地方往往是条件最艰苦的地方,新疆沙漠戈壁40多摄氏度的高温暴晒锤炼了黝黑的皮肤,转眼间,结冰的叶片又带着大家体验了一把彻骨的湿冷,但这一切没有影响清能院人坚定前行的脚步,因为在布局碳减排与碳中和的新赛道上,华能人共同的目标就在不远的前方召唤。

责任编辑:赵雅君