近日，全國首屆“全年無故障風電場建設(shè)”交流研討會在江蘇省蘇州市召開。中國電力企業(yè)聯(lián)合會、西安熱工研究院有限公司、大唐集團新能源科技研究院、華電電力科學研究院、哈爾濱電氣集團佳木斯電機股份有限公司、潤陽能源技術(shù)有限公司等單位代表參加了本次會議。
本屆研討會以“全年無故障風電場建設(shè)”為契機，重塑我國風電行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展新變革為主題。與會現(xiàn)場，領(lǐng)導、專家、企業(yè)負責人就“風力機技術(shù)監(jiān)督與典型問題”、“在役風機提質(zhì)增效技術(shù)應(yīng)用”、“全過程智能運維作業(yè)安全管控”、“智慧風電場的理想形態(tài)”、“無故障風電場精益維護”、“老舊機組延壽增功探討”等二十余個議題，圍繞風電行業(yè)趨勢、運維技改、項目運營、前沿科技應(yīng)用等多個領(lǐng)域進行了深入刨析和現(xiàn)場討論。
圖一 首屆“全年無故障風電場建設(shè)”交流研討會
在本次研討會上，潤陽能源技術(shù)有限公司副總經(jīng)理劉昊結(jié)合“3060”戰(zhàn)略號召下的碳達峰、碳中和戰(zhàn)略發(fā)展規(guī)劃與風電產(chǎn)業(yè)發(fā)展新機遇、中國kW級風電機組現(xiàn)狀、老舊風場的等容/增容技改、MW級風機的深度技改、孤兒機組的深度技改等問題，針對“存量在運老舊機組的技改、優(yōu)化”等主題與現(xiàn)場領(lǐng)導、專家進行了分享和互動。
圖二存量老舊機組技改優(yōu)化方式探討
此次演講主要包括：風電后市場元年，碳達峰、碳中和戰(zhàn)略發(fā)展規(guī)劃和給風電行業(yè)帶來的機遇；存量在運老舊風場的現(xiàn)狀與“新增長點”；軟件定義風機，“孤兒機組”改造與案例分享等三個部分。
以下為演講全文：
2020年9月22日到2021年1月25日期間，國家領(lǐng)導人在七次國際會議上公開提出“碳達峰、碳中和“戰(zhàn)略發(fā)展規(guī)劃。在2020年12月12日氣候雄心峰會上，第一次對風電和太陽能等新能源裝機做了基本的要求。隨著國家的基調(diào)逐步定義，各大央企也是陸續(xù)出臺了相關(guān)的政策。
據(jù)相關(guān)統(tǒng)計：包括五大四小、國家電網(wǎng)公司和其他的石油石化行業(yè)集團在內(nèi)的29家央企，已經(jīng)初步制定碳達峰、碳中和戰(zhàn)略發(fā)展規(guī)劃具體方案路線。
圖片三 潤陽能源副總經(jīng)理劉昊現(xiàn)場演講
據(jù)國家統(tǒng)計局統(tǒng)計：2020年底達到了歷史性的281.72GW，相對于2019年增長了34.6%，裝機量達到了近年來的峰值。與此同時，相對于存量機組的運行現(xiàn)狀，老舊機組所占比例也越來越多。2019年，運行五年以上的機組占比約48%；2020年底，初步估計約占到50%，運行超過5年的機組預計超過140GW。
據(jù)水規(guī)總院統(tǒng)計數(shù)據(jù)：1989年至2010年期間，風電裝機共有34483臺。2020年后，已經(jīng)運行15-20年，面臨退役的老舊機組規(guī)模和數(shù)量將逐年增長；其中，兆瓦級以下風電機的機組面臨的升級、改造、退役等問題的處理需求也會越來越迫切。
目前，國內(nèi)兆瓦級以下風電機組規(guī)模約11000余臺，總裝機約8700MW。機組年限老、效率低，但大部分占據(jù)著東北、西北、內(nèi)蒙這些風資源比較好的這些省份。針對這些機組，政府相繼出臺了有關(guān)政策。參考2020年《財建4號文》內(nèi)容，按可利用小時數(shù)分類風場，廣東及浙江基本為四類，內(nèi)蒙、東北、甘肅多為一類及二類。與2400小時運行時長比較，現(xiàn)有部分風場利用小時僅為1200-1500小時/年。部分風資源好的區(qū)域，機組年度運行時長相差40%以上。
2020年12月，水規(guī)總院與風能協(xié)會共同舉辦了一場內(nèi)部會議。在這次會議中，對即將退役的機組提出了包括：直接退役、更新、技改和延壽在內(nèi)的四種處理方式。
退役，就是直接拆除所有的老舊機組，廠址不再建設(shè)新風場。更新包括兩類，一類是上網(wǎng)容量不變，另一類就是上網(wǎng)容量變大，利用原來風場的資源，把機組拆掉換成更大的。技改的定義范疇比較寬泛，在設(shè)計壽命內(nèi)，在不改變風機基礎(chǔ)和底部塔筒的前提下，針對在役運行的機組進行技術(shù)升級、優(yōu)化或部件/系統(tǒng)替換。最后是延壽，機組運行到達20年后，進行評估后壽命還能繼續(xù)，前二十年載荷沒有達到的情況下，可以通過優(yōu)化讓風機使用周期繼續(xù)延長。
2020年5月13日，遼寧省發(fā)布了《遼寧省風電項目建設(shè)方案》。該政策中，對一次性拆除全部舊機組，并在原址實施機組等容量更新建設(shè)進行了鼓勵。值得注意的是，在這一政策下，機組拆除之后需要轉(zhuǎn)平價，對風場業(yè)主來說并不是特別有優(yōu)勢。
2021年2月26日，國家能源局下發(fā)了《關(guān)于2021年風電、光伏發(fā)電開發(fā)建設(shè)有關(guān)事項的通知（征求意見稿）》，鼓勵業(yè)主單位通過技改、置換等方式，重點開展單機容量小于1.5MW的風電機組技改升級。鼓勵地方開展試點，在試點基礎(chǔ)上，國家出臺政策，地方制定具體細則并組織實施，促進風電產(chǎn)業(yè)提質(zhì)增效和循環(huán)發(fā)展。
近期，各地方陸續(xù)出臺了更加具體的方案措施。2021年3月8日，山西省朔州市能源局發(fā)布《關(guān)于進一步梳理山西風電項目有關(guān)事宜的通知》，一方面對轄區(qū)內(nèi)分散式風電項目進行梳理，另一方面了解運行5年以上風電項目情況，進行項目升級置換及擴容，提升風資源利用率。在挖掘風電潛能方面，《通知》聚焦已經(jīng)運行5年以上的風電項目，要求在保證安全的前提下，充分挖掘風電場潛能，在原風場廠址內(nèi)利用現(xiàn)有設(shè)備設(shè)施進行項目技改升級置換及擴容，提升風資源利用率。
政策的號召，為產(chǎn)業(yè)的發(fā)展明確了方向。碳中和的目標如何達成？第一個方向，是“3060”戰(zhàn)略號召下的新能源裝機容量的目標。隨著地理資源利用率越來越飽和，如何實現(xiàn)現(xiàn)有資源的最大化，是屬于我們這些后市場從業(yè)者應(yīng)該關(guān)注的點。
首先就是盤活現(xiàn)有資源，如何利用好現(xiàn)有的老舊風場的風資源。其次是技改提效，如何讓在運風機發(fā)揮出更好的性能，讓其容量和性能相匹配。雖然我們現(xiàn)在裝機量達到了281.72GW，但實際的發(fā)電量還需要我們用技改提效的方式來達到。
當前，新增容量面臨的問題主要是場地越來越少、核準越來越困難。涉及到草原紅線區(qū)和區(qū)域環(huán)保的政策，內(nèi)蒙和貴州已經(jīng)有些拆除機組的案例，對于這些區(qū)域的項目核準也會越來越嚴苛。此外，風資源較好的地域當前基本都已經(jīng)裝滿風機。如何盤活現(xiàn)有的資源？既要充分利用現(xiàn)有風場的資源——已經(jīng)建好的升壓站、線路、道路設(shè)施，在現(xiàn)有資源的基礎(chǔ)上做一些“上大壓小”、增容置換這些技改方式。同時，也要充分利用現(xiàn)有風機設(shè)備資源。早期有些風機雖然是運行效率比較差，但是風機大部件還可以運行好多年。這個時候我們可以做一些深度技改，把風機重新恢復之前的狀態(tài)。即：利用新技術(shù)和新機型，讓發(fā)電效率越來越高。兩相合理，充分盤活現(xiàn)有的資源。
技改提效也分為兩個方面，即：發(fā)電量提升和可靠性提升。這就涉及到水規(guī)總院提出的更新、技改和延壽方式。在《遼寧省風電項目建設(shè)方案》政策提出后，潤陽能源在遼寧與當?shù)貥I(yè)主共同開展了等容量替換試點。一批服役期年滿20年的550kW風電機組，在拆除10臺機組新建3臺MY1.5-82風力發(fā)電機組后，發(fā)電小時數(shù)已經(jīng)達到2000多小時，業(yè)主投資回收期僅7年左右。
“上大壓小”也是一種較為典型的方式。某風電場有132臺750機組，裝機總?cè)萘?00MW。拆除16臺750機組，新建4臺MySE3.0機組，技改容量共計12MW。改造后，發(fā)電小時數(shù)從當初的1200小時提升到2883小時，業(yè)主投資回收周期不到6.5年。以該風場為例，通過等容量置換，在總?cè)萘?00MW不變的前提下，如果我們把所有的老舊機組拆除換成大兆瓦的機組，只需要用33臺的3MW機組就能實現(xiàn)132臺的容量。不止業(yè)主投資回收周期僅需要6.5年左右，設(shè)備的運維、經(jīng)營成本也大幅度降低。如果是增容置換，在政策規(guī)定允許情況下，用一半的機位點就能達到擴容一倍的結(jié)果。原來是100MW現(xiàn)在可以達到200MW，土地、線路、道路都可以充分利用。
針對兆瓦級以下的小機組，我們可以用一種相對比較小的機組，就是我們開發(fā)的My1.X機組。這個機組以明陽MY1.5MW的平臺作為開發(fā)，葉輪直徑能到82米。在原有底段塔筒和基礎(chǔ)不變的情況下，額定功率從1MW—1.3MW的機組都可以替換。潤陽能源My1.X解決方案，充分解決了老舊機組發(fā)電效率低、運維成本高的問題。機組可靠性提高的同時，可以應(yīng)用現(xiàn)在最新的控制算法，以達到發(fā)電量的提升和載荷的降低。同時，技改后的機組對于電網(wǎng)適應(yīng)性更好、調(diào)試維護成本也更低。
對于風電場業(yè)主而言，相對于替換大機組，My1.X解決方案的單位千瓦造價更低。免征地、審批簡單、施工周期短、施工成本低、更快實現(xiàn)回報收益。由于采用1.5MW平臺開發(fā)，備件的成本相對來說也更低。同時，通過潤陽能源提供的資產(chǎn)托管、融資租賃和全生命周期運維服務(wù)，解決方案也變得更加靈活。
最后想和大家分享的是孤兒機組的改造，也就是用“軟件定義風機”。從國內(nèi)現(xiàn)狀來看，孤兒機組面臨的最重要問題是找不到原廠家，進行日常維護、技術(shù)技改都特別困難，很多故障也很難得到有效排查和處理。
據(jù)相關(guān)統(tǒng)計：2010年，行業(yè)內(nèi)約有70多家主機廠（非官方統(tǒng)計還有很多）。到2020年，只有不足20家主機廠家生產(chǎn)供貨，其余50多家廠商已經(jīng)消失或者不再生產(chǎn)主機。沒有備件、沒有支持人員，存量設(shè)備一度淪為“孤兒機組”。類似這種：技術(shù)落后、部件老化、軟件無法更新、備件基本停產(chǎn)、發(fā)電效率低、SCADA功能不完善的機組，大多數(shù)業(yè)主選擇與潤陽能源合作進行深度改造。包括三大電控系統(tǒng)的改造、包括核心設(shè)備的國產(chǎn)化、大部件的維修，以及后期的運維與技改升級。
分享兩個典型的案例。A項目有1臺1.5MW半直驅(qū)的國外孤兒機組。機組發(fā)電效率低效、無法滿發(fā)、備件替換困難，且發(fā)電能力較弱。通過潤陽能源提供的深度改造方案，替換原機組主控系統(tǒng)，把易損、故障率比較高的核心部件更換為國產(chǎn)，技改后的機組由不到400小時/年提升至約1400小時/年，預計兩年多業(yè)主就能回收投資成本。
B項目是相對比較大的機組。該項目有40臺存在系統(tǒng)缺失、大部件損壞、生銹等問題的不完整2MW主機，業(yè)主需要整合為25臺可用機組，并完成風機的現(xiàn)場安裝。通過潤陽能源定制化的深度技改方案，對主控柜和大部件進行了深度改造，不僅風機能夠“枯木逢春”，機組”大腦“也升級為當前最先進的控制算法。
值得借鑒的是，類似B項目中的2MW機組，原有大部件如果還能繼續(xù)使用，只是運行效率比較差，業(yè)主可以選擇只進行主控的優(yōu)化，更換主控制器，采用最新的控制策略，可以使得發(fā)電量獲得更大的提高。同時，基于主控改造后的風場數(shù)據(jù)、風資源數(shù)據(jù)、風機運行數(shù)據(jù)可以進行更為詳細的分析，進而實現(xiàn)更多的技改和提效。
例如，通過對數(shù)據(jù)的分析比對，將有助于進一步挖掘和發(fā)現(xiàn)諸如：發(fā)電效率差、故障率高運維方式不合理等類型問題的成因?；诜治鼋Y(jié)果，可以針對性的提出更進一步的方案，包括：葉片加長、葉片氣動優(yōu)化、偏航對風優(yōu)化包括控制策略優(yōu)化，基于主控的改造的發(fā)電量提升的方案；機組防超速、機組防振動、機組防火災(zāi)、機組可靠性技改等安全可靠性提升的方案；以及部件更換的周期、備件的管理運維管理、預防性維護、備件優(yōu)化策略提升方案等。
針對在運的老舊風場，通過更新、技改等方式盤活現(xiàn)有資源，最關(guān)鍵的目標是使風場和風機達到性能和容量的匹配?！吧洗髩盒 ?、My1.X技改、深度技改、孤兒機組改造都是當前較為主流的提質(zhì)增效方式。
潤陽能源技術(shù)有限公司是明陽智慧能源集團股份公司（股票代碼：601615）旗下，風電場全生命周期價值管理和服務(wù)提供商。當前，潤陽能源全面布局陸上/海上風電場運維，深入老舊風場深度改造、風電場技改提效服務(wù)、風電EPC工程總包、風電場綜合運維服務(wù)、e聯(lián)儲備件共享平臺、風機部件維修再造、大部件保障業(yè)務(wù)、風機與風場后評估/再檢測、風電職業(yè)技能與專項培訓等九大主營業(yè)務(wù)板塊。六年來，潤陽人不斷戰(zhàn)勝各種困難和挑戰(zhàn)、滿足市場的需求和變化，致力于推動中國風電后市場良性發(fā)展。2021年，是中國風電產(chǎn)業(yè)充滿機遇與挑戰(zhàn)的一年，相信潤陽能源必將會打開新局面，譜寫新篇章！
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