TÜV北德方堃:老旧风场实现增功提效的方法解析

能见App 2021年10月21日 4577

2021年10月17日-20日,2021北京国际风能大会暨展览会(CWP 2021)在北京新国展隆重召开。作为全球风电行业年度最大的盛会之一,这场由百余名演讲嘉宾和数千名国内外参会代表共同参与的风能盛会,再次登陆北京。

本届大会以“碳中和——风电发展的新机遇”为主题,历时四天,包括开幕式、主旨发言、高峰对话、创新剧场以及关于“国际成熟风电市场发展动态及投资机会”“国际新兴风电市场发展动态及投资机会”“风电设备智能运维论坛”“碳达峰碳中和加速能源转型”等不同主题的15个分论坛。能见App全程直播本次大会。

在20日上午召开的风电机组优化升级专题论坛上,TÜV北德中国区风能项目工程师方堃发表了《老旧风场实现增功提效的方法解析》的主题发言。

以下为发言全文:

方堃:各位专家,各位领导,大家中午好,我是来自TüV北德的方堃。由我为大家分享一下TüV北德作为第三方认证评估检验机构在老旧风场的技改增效方面的一些经验分享和看法,供大家参考。

目前国内关于风场环境的介绍,从一些统计数据可以看到,截至2013年前,目前国内装机在运的兆瓦级别以下的机组大概有11000余台,总装机约8700万兆瓦左右。千万级别的左右,像日本、德国的企业已经被收购或者撤出目前风电行业的事业,这些千瓦级别、兆瓦级别的老机组很多面临的就是设备在长时间的运行老化,发电效率逐渐降低、故障率偏高,零部件供应非常困难,维护成本非常高的困局,结合3060大背景下,国家推出来很多对于新老旧风场,低兆瓦级别的机组通过置换的方式对机组进行增效升级。

我们作为第三方认证方,有着丰富的对厂家技术方案的评估。在这里特别提到是关于特定厂址评估和寿命评估,对于早期风场风资源都是非常优越的,但是往往做微观选址的时候出现一些技术上的偏差,导致目前机组与现场的风资源情况和环境情况并不是完全适配,这是一个非常大的隐患,包括对于风场效能和安全运行。另外一个寿命评估,对于整个风场是以一种资产管理的角度来看。虽然效能在降低,但是通过寿命评估,进行量化分析,了解风场是运行了10年、11年,接下来还有多少残值,有没有具备再运行下去的可能性,运行下去的成本和收益是怎么样的情况,结合理论分析和现场检验去判断这个产品是否具有继续运行或者作为技改方案的依托,提供技术支持。

我们做过低效分析完之后,就会提出一些提升方案,提升方案做了总结,大致就是分为部件更换和周期管理。部件更换的意思就是对一些部件进行小范围的技改,升级效能,改善运行状态。部件的升级就是叶尖伸长,增加辅助的气动附件,甚至部件的升级对于整机载荷评估里面,对它的基础、塔筒自身结构评估的基础上,可以判断出在现有机组上,机舱、机头、风轮做整体的评估方案。

最后是以大换小的方案整机升级,这种情况也有两种,对于整个风场等容置换、扩容置换。最后作为第三方,对于前面提出来各种方案做一个成果的验证,无论是以大换小,还是部件的升级更换,对于原机型来说都是一种升级。对于更新后的新机组或者说以大换小的大机组,都需要重新做一个特定厂址适应性的评估,这样就可以验证这款机型对于现在目前风场的环境是否适应。最后对于一些增效的评估,比如叶尖正长、扰流和其他方面的技改做最终成果效能的验证。

 特定厂址评估无论是在前期的根源分析,还是后面的效果评估都会反复用到的环节。要评估厂址环境,包含风资源、环境条件,比如地质环境、气候环境、空气密度等。同时对前期的海上风场做调研的时候,也会推荐对海洋环境进行评估。在结合风场条件评估之后,结合选定的机型,对旧机组用的是小机型的载荷,结合现场实际情况进行综合机组载荷分析。还要对关键部件、结构部件、齿轮箱、传动链、风轮、结构件等的安全适应性,进行一部分的矫核工作。

以上是特定厂址分析,特定厂址分析中很重要的一部分就是厂址适应性分析。在通常技术标准里面IEC61400-11章节有非常详细的标准,其中重要就是环境条件的检查,比如说气候条件、平均风速、威布尔形状参数、有效湍流强度、垂直入流角。在场景适应性里面去检查,去和选定机型进行适配,根据特定厂址载荷假定和部件级载荷进行对比,对于有些复杂地形会去进行CFD仿真,去验证尾流的一些影响。

做完评估以后,就是寿命评估。寿命评估一方面看生产寿命之内剩下资产还有多长可运行的空间,另一方面去探索关于延寿的可能。在寿命评估中重点会去分析主要结构部件的疲劳情况和剩余寿命,包括延长寿命分析的可能性。

关于寿命与分析的过程,主要是通过理论分析,包括对载荷、结构件的校核去分析一下目前风场的设计、机组结构的情况,再辅助配合现场检验对一些基础结构件疲劳的检查,以及对轴承、润滑的情况现场状况的勘测。分析两者之间相互交错,基于长期项目的经验,对薄弱环节的检查,最后得出来评估。

基于前面评估的结果,可以提出一些改造方案的验证。一种方法是限度利用原有基础设施,仅对核心部件的深度改造。以叶尖加长为例,可以在不改变整个机组的情况下,只对叶尖加长,分析整机载荷情况,再去核算发电量的情况。经过项目分析,对于叶尖加长,发电量可以提升2到4个点。还有一种方法对控制策略的升级,对控制策略的升级以一种没有硬件成本情况下,最大限度改善风机硬运行的情况。

最后面介绍更换机头,欧洲已经有实践案例,国内已经有客户找我们去探讨,在利用原有基础的塔筒和基础环情况下,仅更换比原容量大一点的机舱轮毂,达到提升风电发电的情况。

以上就是我要给大家分享的内容,谢谢大家。

 

(根据演讲速记整理,未经演讲人审核)