2024存量風(fēng)電場提升效益的探索

存量風(fēng)電場提升效益的探索目錄風(fēng)電市場展望風(fēng)場優(yōu)化及機(jī)組升級改造老舊風(fēng)機(jī)“升級替代”風(fēng)電市場展望風(fēng)場優(yōu)化及機(jī)組升級改造老舊風(fēng)機(jī)“升級替代”目錄（GW)）(GW)十年發(fā)展，兩度沉浮，中國風(fēng)電市場進(jìn)入低速增長“新常態(tài)”中國風(fēng)電市場年度新增及累計并網(wǎng)裝機(jī)量，2008-2018(e)截至2018年6月底，中國風(fēng)電市場累計裝機(jī)容量已達(dá)196GW，其中陸上192.7GW，海上裝機(jī)3.3GW。預(yù)計至2018年年底，中國風(fēng)電市場累計裝機(jī)容量將達(dá)216GW，其中陸上204GW，海上裝機(jī)4.5GW。風(fēng)電市場展望Source:中國風(fēng)能協(xié)會，潤陽能源投運年限增長，大批風(fēng)機(jī)將出質(zhì)保5年新增并網(wǎng)容量（陸上），2000-2024(e)陸上風(fēng)機(jī)出質(zhì)保容量預(yù)測，2006-2024(e)風(fēng)電市場展望Source:中電聯(lián)，潤陽能源裝機(jī)量（GW）據(jù)測算，2014年底，陸上風(fēng)電機(jī)組出質(zhì)保容量約為75GW，截至2018年底，這一數(shù)值預(yù)計將達(dá)到106GW，而到2023年，這一數(shù)值預(yù)計將達(dá)到204GW。容量（GW）風(fēng)電市場展望風(fēng)場優(yōu)化及機(jī)組升級改造老舊風(fēng)機(jī)“升級替代”目錄如何向存量風(fēng)場要效益？已建成風(fēng)電場運行現(xiàn)狀及存在的問題風(fēng)場優(yōu)化及機(jī)組升級改造風(fēng)機(jī)本身問題（“先天不足”）設(shè)計陳舊設(shè)計缺陷等宏微觀選址（“出身決定一切”）測風(fēng)時間不足機(jī)型選擇問題機(jī)位點確定運行維護(hù)能力、經(jīng)驗不足維護(hù)不到位總成本建設(shè)成本運營成本發(fā)電量AEP？存量風(fēng)場提升效益的幾種路徑主流改造方案風(fēng)機(jī)設(shè)計缺陷、風(fēng)場微觀選址、氣象環(huán)境變化等問題，造成早期建成的風(fēng)場風(fēng)場運行狀況不佳，針對此類風(fēng)場已有一系列提效優(yōu)化方案葉片的相關(guān)方案目的均為增大掃風(fēng)面積，提高捕風(fēng)能力，對葉片改造的提效效果也是最為直接的風(fēng)場綜合治理的出發(fā)點為降低能耗，提升風(fēng)場可利用率控制系統(tǒng)的優(yōu)化升級可以單獨進(jìn)行，也可配合其他方案同時進(jìn)行風(fēng)場優(yōu)化及機(jī)組升級改造1.風(fēng)電場綜合治理2.葉片優(yōu)化葉尖延長翼葉根延長節(jié)加裝渦流發(fā)生器加裝格柵及后翼3.塔筒優(yōu)化塔筒增高塔筒減重（載荷優(yōu)化，針對初裝風(fēng)場）4.主控策略升級風(fēng)電場綜合治理綜合治理方案內(nèi)容通過對老風(fēng)機(jī)加裝振動在線檢測、油品在線檢測裝置。對變頻器、變槳系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)、齒輪箱冷卻系統(tǒng)、定子接觸器、防飛車、防雷進(jìn)行改造等綜合治理以延長風(fēng)機(jī)的使用壽命、提升風(fēng)機(jī)運維的可靠性和安全性。液壓站、管路清洗剎車卡鉗的修復(fù)齒輪箱散熱系統(tǒng)的整改，水冷卻系統(tǒng)改風(fēng)冷卻系統(tǒng)主軸承、變槳偏航潤滑油脂的清理更換風(fēng)速風(fēng)向儀的檢定、校正電氣線路的檢查

風(fēng)場優(yōu)化及機(jī)組升級改造葉片優(yōu)化葉根延長節(jié)——原理及實施步驟葉根增加延長節(jié)，增大風(fēng)輪掃風(fēng)面積，吸收更多風(fēng)能，達(dá)到提升發(fā)電量的效果。根據(jù)不同風(fēng)況及葉片可提升發(fā)電量5%-12%。葉尖延長翼——原理及實施步驟原理：葉尖增加延長翼，增大風(fēng)輪掃風(fēng)面積，吸收更多風(fēng)能，達(dá)到提升發(fā)電量的效果。根據(jù)不同風(fēng)況及葉片可提升發(fā)電量5%-12%。風(fēng)場優(yōu)化及機(jī)組升級改造載荷設(shè)計、校核強(qiáng)度設(shè)計、校核葉根與輪轂間增加延長節(jié)增大風(fēng)輪掃風(fēng)面積控制策略優(yōu)化調(diào)整提升發(fā)電量5%-12%載荷設(shè)計、校核強(qiáng)度設(shè)計、校核葉尖增加延長翼增大風(fēng)輪掃風(fēng)面積控制策略優(yōu)化調(diào)整提升發(fā)電量5%-12%葉片優(yōu)化——葉根延長節(jié)施工方案地面施工方案需要1臺400t-500t主吊車、1臺50t-100t輔吊車，施工費用較高?？罩惺┕し桨竷H需2臺200t左右吊車即可，施工費用較低實際案例已實施風(fēng)場項目：匯豐馬鬃山風(fēng)電場：MY1.5-82/65大唐山西渾源風(fēng)電場：MY1.5-82/65大唐多倫大西山風(fēng)電場：MY1.5-77/82預(yù)實施風(fēng)場項目：xx桃山湖風(fēng)電場xx饒平風(fēng)電場xx龍?zhí)辽斤L(fēng)電場xx圍場風(fēng)電場風(fēng)場優(yōu)化及機(jī)組升級改造方案1：地面施工風(fēng)機(jī)輪轂和葉片整體拆卸在地面進(jìn)行延長節(jié)的組裝恢復(fù)風(fēng)機(jī)方案2：空中施工不拆卸輪轂，逐個拆卸單個葉片在地面組裝延長節(jié)在空中與輪轂對接安裝葉片優(yōu)化——葉尖延長翼葉尖延長翼的設(shè)計與生產(chǎn)延長翼根據(jù)原葉片的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，根據(jù)設(shè)計制作模具，在工廠進(jìn)行延長翼整體的生產(chǎn)安全性測試：強(qiáng)度設(shè)計校核：疲勞和粘接部位強(qiáng)度試驗載荷設(shè)計、計算和校核（計算、設(shè)計報告）實際案例已實施風(fēng)場項目：國電文登紫金山風(fēng)電場大唐山西渾源風(fēng)電場預(yù)實施風(fēng)場項目：xx山西左云風(fēng)電場xx霞浦風(fēng)電場xx山東平陰風(fēng)電場風(fēng)場優(yōu)化及機(jī)組升級改造葉片切割、預(yù)處理模具固定大梁粘接表面玻纖布粘接固化、打磨、刷漆現(xiàn)場施工工藝葉片優(yōu)化——加裝渦流發(fā)生器原理及實施步驟改進(jìn)葉片失速性能，提升葉片捕風(fēng)能力，吸收更多風(fēng)能，達(dá)到提升發(fā)電量的效果。根據(jù)不同風(fēng)況及葉片可提升發(fā)電量2-3%，且該方案對載荷影響最小。實際案例已實施風(fēng)場項目：xx山東膠南風(fēng)電場發(fā)電量提升2.19%風(fēng)場優(yōu)化及機(jī)組升級改造載荷設(shè)計、校核強(qiáng)度設(shè)計、校核氣動模擬計算加裝渦流發(fā)生器提升葉片氣動特性提升發(fā)電量2%-4%葉片優(yōu)化——加裝格柵及后翼原理及實施步驟葉片加裝格柵和后翼，優(yōu)化葉片空氣動力學(xué)性能，提高葉片捕風(fēng)能力，且提升風(fēng)能利用系數(shù)Cp值。風(fēng)場優(yōu)化及機(jī)組升級改造載荷設(shè)計、校核強(qiáng)度設(shè)計、校核葉根增加格柵，葉尖增加后翼增大風(fēng)輪掃風(fēng)面積，且提升Cp值（提升氣動特性）控制策略優(yōu)化調(diào)整提升發(fā)電量5%-12%葉片優(yōu)化——相關(guān)評估、認(rèn)證，及專利證書設(shè)計符合評估證明及效果評估認(rèn)定風(fēng)場優(yōu)化及機(jī)組升級改造葉片優(yōu)化——相關(guān)評估、認(rèn)證，及專利證書風(fēng)場優(yōu)化及機(jī)組升級改造設(shè)計符合評估證明及效果評估認(rèn)定葉根加長評估證明及效果評估認(rèn)定-提效8%葉尖延長評估證明及效果評估認(rèn)定-提效12%12%8%葉片優(yōu)化——相關(guān)評估、認(rèn)證，及專利證書設(shè)計符合評估證明及效果評估認(rèn)定風(fēng)場優(yōu)化及機(jī)組升級改造葉片更換評估證明及效果評估認(rèn)定-提效19%19%葉片優(yōu)化——相關(guān)評估、認(rèn)證，及專利證書風(fēng)場優(yōu)化及機(jī)組升級改造塔筒優(yōu)化原理利用風(fēng)切變特性，更換第一節(jié)塔筒的方式來增加塔筒高度，提高風(fēng)機(jī)輪轂高度，提高風(fēng)速，進(jìn)而提升發(fā)電量。風(fēng)場優(yōu)化及機(jī)組升級改造上式中：α為風(fēng)切變指數(shù)；z1為已知高度；v1為變化后風(fēng)速所在高度；為高度z2處的風(fēng)速；v2為z2高度處的風(fēng)速。主控策略升級主控策略升級路徑主機(jī)控制優(yōu)化和升級，提升發(fā)電效能：變槳風(fēng)機(jī)控制，由早期轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩表的控制方法升級為最優(yōu)Cp-λ跟蹤控制方法、基于風(fēng)機(jī)動態(tài)模型控制算法，最大化利用風(fēng)能風(fēng)場優(yōu)化及機(jī)組升級改造第I代：轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩查表法第II代：最佳Cp-λ跟蹤第III代：基于風(fēng)機(jī)動態(tài)模型控制算法轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速關(guān)系主控策略升級案例介紹風(fēng)場優(yōu)化及機(jī)組升級改造左圖為優(yōu)化之前風(fēng)機(jī)風(fēng)速-轉(zhuǎn)速散點圖，右圖為優(yōu)化后風(fēng)機(jī)風(fēng)速-轉(zhuǎn)速散點圖，優(yōu)化效果明顯。原轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)矩表控制算法最優(yōu)Cp-λ跟蹤控制算法實際案例1——XX饒平項目

項目介紹饒平所城風(fēng)電場工程主要是所城鎮(zhèn)和柘林鎮(zhèn)所轄區(qū)域的山地和丘陵地帶，共安裝1500kW風(fēng)電機(jī)組20臺，750kW風(fēng)電機(jī)組26臺。通過收集現(xiàn)場SCADA數(shù)據(jù)，2015年26臺明陽機(jī)組平均發(fā)電小時數(shù)為1672h。其中，發(fā)電量較低的67#、68#、73#、75#等4臺機(jī)組不足1200h。如右圖。針對現(xiàn)場部分機(jī)位風(fēng)速低、發(fā)電小時數(shù)差，收益率低的特點，我司擬進(jìn)行效能提升，并提出了優(yōu)化升級改造可行性方案風(fēng)場優(yōu)化及機(jī)組升級改造風(fēng)場機(jī)位分布圖風(fēng)場機(jī)位風(fēng)速和發(fā)電小時數(shù)實際案例1——XX饒平項目風(fēng)資源概況（依據(jù)現(xiàn)場東界尖測風(fēng)塔）風(fēng)場優(yōu)化及機(jī)組升級改造現(xiàn)場70m高度威布爾分布70m高度風(fēng)向70m高度風(fēng)能玫瑰圖全場風(fēng)速較低，2015年26臺風(fēng)機(jī)機(jī)艙平均風(fēng)速約5m/s饒平風(fēng)電場項目空氣密度為1.132kg/m370m高度的湍流強(qiáng)度等級判定為IECC類綜合風(fēng)切變分別為0.0253、0.0208。測風(fēng)塔標(biāo)空下輪轂高度50年一遇最大風(fēng)速小于37.5m/s風(fēng)場主風(fēng)向為東北，次主風(fēng)向和次主風(fēng)能方向均為東北偏東方向，如右圖實際案例1——XX饒平項目

現(xiàn)場近三年風(fēng)場SCADA數(shù)據(jù)，部分機(jī)位2015-2017年發(fā)電量統(tǒng)計如下，其中67#、68#、73#、75#效能較低。風(fēng)場優(yōu)化及機(jī)組升級改造

2015年運行數(shù)據(jù)2016年運行數(shù)據(jù)2017年運行數(shù)據(jù)機(jī)位號風(fēng)速（m/s)發(fā)電量等效利用小時數(shù)風(fēng)速（m/s)發(fā)電量等效利用小時數(shù)風(fēng)速（m/s)發(fā)電量等效利用小時數(shù)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實際案例1——XX饒平項目葉根延長（如右圖）：饒平風(fēng)電場風(fēng)機(jī)葉輪直徑為82.6m，MY1.5MW-82風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在低風(fēng)速下存在載荷設(shè)計余量。根據(jù)其參數(shù)和特性，在葉根與輪轂間增加2m長延長節(jié)，即在變槳軸承和葉根中間增加一過渡延長節(jié)，增大風(fēng)輪掃風(fēng)面積，達(dá)到提升發(fā)電量的效果。

綜合技改方案：根據(jù)現(xiàn)場風(fēng)機(jī)運行的風(fēng)速風(fēng)頻數(shù)據(jù)和功率曲線，以及機(jī)組運行狀況和客戶需求；綜合分析后，我司提出了塔筒增高和葉片延長，以及控制策略優(yōu)化調(diào)整綜合提升效能方案。風(fēng)場優(yōu)化及機(jī)組升級改造葉根加長功率曲線提升對比葉根加長效果圖實際案例1——XX饒平項目塔筒增高此方案理論依據(jù)風(fēng)速切變特性，更換第一節(jié)塔筒的方式來增加塔筒高度，提高風(fēng)機(jī)輪轂高度，增加平均風(fēng)速，來提高風(fēng)速提升發(fā)電量的技術(shù)方案。根據(jù)現(xiàn)場基礎(chǔ)設(shè)計資料和前期工作經(jīng)驗，該基礎(chǔ)強(qiáng)度可以滿足1.5MW容量89米葉片80米塔筒高度機(jī)組安全運行。為最大限度利用現(xiàn)有資源，對現(xiàn)有65米塔筒進(jìn)行加高設(shè)計改造，增加第四節(jié)塔筒15米，更換89米葉片和主機(jī)。右表，塔筒提高后風(fēng)速對比場優(yōu)化及機(jī)組升級改造編號65米平均風(fēng)速(m/s)80米平均風(fēng)速(m/s)15m/s湍流強(qiáng)度風(fēng)切變最大入流角標(biāo)空下50年一遇極大風(fēng)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米機(jī)位風(fēng)資源參數(shù)實際案例1——XX饒平項目根據(jù)現(xiàn)場風(fēng)機(jī)運行的風(fēng)速風(fēng)頻數(shù)據(jù)和功率曲線采取塔筒有65米技改到80米塔筒高度，葉片直徑由82.6米技改到86米葉片。通過加長葉片和塔筒高度改造后可利用小時數(shù)能達(dá)到1385小時，提升比16.62%。經(jīng)測算，項目靜態(tài)投資回收期為6年，壽命期凈收益514萬元風(fēng)場優(yōu)化及機(jī)組升級改造機(jī)位號原可研設(shè)計數(shù)據(jù)MY1.5-82/65按原可研數(shù)據(jù)MY1.5-86/80提升比(%)2015～2017年三年平均值（實際）測算的技改后數(shù)據(jù)增效（%）65m高風(fēng)速(m/s)等效小時數(shù)80m高風(fēng)速(m/s)等效小時數(shù)風(fēng)速(m/s)等效小時數(shù)等效小時數(shù)

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米葉片前后發(fā)電量數(shù)據(jù)比較具體數(shù)據(jù)分析技改效能對比及經(jīng)濟(jì)性分析風(fēng)電市場展望風(fēng)場優(yōu)化及機(jī)組升級改造老舊風(fēng)機(jī)“升級替代”目錄“升級替代”為哪般？升級替代的風(fēng)場及機(jī)組類型優(yōu)質(zhì)資源開發(fā)殆盡，新開發(fā)的風(fēng)資源基本是平均風(fēng)速為5-6m/s的低風(fēng)速甚至“超低風(fēng)速”資源老舊風(fēng)機(jī)機(jī)型陳舊，發(fā)電效率差，備件難買，維護(hù)難；或是因宏觀選址、微觀選址不夠精細(xì)，使得現(xiàn)有風(fēng)場發(fā)電效率差風(fēng)電行業(yè)政策紅利正逐漸消失，上網(wǎng)電價逐年降低，去補(bǔ)貼進(jìn)程加速對于風(fēng)電開發(fā)商來說，現(xiàn)在的市場環(huán)境無疑是“內(nèi)憂外患”，老舊機(jī)型的“升級替代”則為開發(fā)商提供了全新的效能提升解決思路老舊風(fēng)機(jī)“升級替代”I/II類風(fēng)區(qū)（單機(jī)功率增加）1.5MW及以下機(jī)組更換為2MW、3MW等大功率機(jī)型III/IV類風(fēng)區(qū)（更換為低風(fēng)速機(jī)型）老舊小風(fēng)機(jī)更換為1.5MW或2MW及以上的低風(fēng)速機(jī)型其他低效、經(jīng)濟(jì)性差的老舊機(jī)組2012年及之前開發(fā)的風(fēng)電場多選用1.5MW及以下的小功率機(jī)型，多在優(yōu)質(zhì)風(fēng)資源區(qū)，且上網(wǎng)電價均高于當(dāng)下水平。實際案例——XX南澳項目項目介紹南澳風(fēng)電場項目分為三期建設(shè)，地理位置為廣東省汕頭市南澳島上，一期項目為牛頭嶺風(fēng)電場，采用18臺NEG麥康750型機(jī)組，2000年建成投運，二期為2007年建成投運的Vestas

V52-850kW機(jī)型，53臺；三期項目為2010年投運運達(dá)750kW機(jī)型，20臺風(fēng)場40m高度年平均風(fēng)速介于7.06m/s～8.22m/s；65m高度年平均風(fēng)速介于7.34m/s～8.43m/s近三年全場平均等效利用小時數(shù)為2501h本次設(shè)計改造主要針對一期牛頭嶺項目（NEG麥康750機(jī)組）將原機(jī)組拆除后，在原機(jī)位中選擇5個點位，安裝4臺3.0MW的機(jī)組和1臺1.5MW機(jī)組升級替代后總?cè)萘勘３植蛔儯?3.5MW），節(jié)省了13個機(jī)位的土地面積老舊風(fēng)機(jī)“升級替代”實際案例——XX南澳項目現(xiàn)場風(fēng)資源概況（現(xiàn)場021測風(fēng)塔）根據(jù)多年數(shù)據(jù)統(tǒng)計，該地區(qū)主風(fēng)向為東北（NE）和東東北（ENE）風(fēng)各測風(fēng)塔40m高度15m/s風(fēng)速段，湍流強(qiáng)度介于0.095～0.146風(fēng)場65m高度50年一遇最大風(fēng)速為54.0m/s，大于50m/s，因此，應(yīng)選用超IEC-Ⅰ類或S類抗臺風(fēng)型風(fēng)機(jī)65m高度年平均風(fēng)速介于7.34m/s～8.43m/s，年平均風(fēng)功率密度介于432.7W/m2～581.6W/m2。根據(jù)《風(fēng)電場風(fēng)能資源評估方法》（GB/T18710-2002）判定該風(fēng)電場風(fēng)功率密度等級為