李灿:后市场风电机组优化产品的开发

能见App 2023年10月19日 3954

2023年10月16日-19日,2023北京国际风能大会暨展览会(CWP2023)在北京如约召开。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,聚焦中国能源革命的未来。

本届大会以“构筑全球稳定供应链 共建能源转型新未来”为主题,将历时四天,包括开幕式、主旨发言、高峰对话、创新剧场以及关于“全球风电产业布局及供应链安全”“双碳时代下的风电技术发展前景”“国际风电市场发展动态及投资机会”“风电机组可靠性论坛”等不同主题的21个分论坛。能见App全程直播本次大会。

10月19日上午,上海电气风电集团股份有限公司工程服务分公司服务产品开发部总工李灿在风电机组优化升级专题论坛上发表题为《后市场风电机组优化产品的开发》的主题演讲。

以下为发言全文:

大家好,我今天跟大家探讨的问题是老旧风电场提质增效的方案和探讨,在探讨开始之前先跟大家简单介绍一下我们公司和我们公司的产品线。我们工程服务分公司是成立于2015年11月,是一个风电全生命周期整体服务方案的提供商。我们大概有9大产品线,分别有精益运维、精品备件、大部件、制造。今天跟这个话题比较相关的是机组优化和叶片增功的板块。

话题主要分三个部分,一个是老旧风电场的问题,第二个提质增效的方案,基于我们公司现在开发的产品来提的一些提质增效方案以及经典案例的分享。

老旧风场的问题,前面几家友商都已经提到了这些问题,我这里再简单的重复一下,一个是老旧风场风资源非常好,由于历史的原因,机组相对来说会比较低效。这个低效体现在它的标准化的机型没有办法满足风场的环境,存量机组控制技术相对比较陈旧,单机风能利用率非常低下,一些场级风机协调的控制,比如说尾流效应等等,不能充分利用场级风资源。早期技术比较落后是电控上面,故障频发,进口元器件停产导致停机损失发电量,更主要还有很多进口的厂商退出了中国的市场,没有人维护。还有一些综合性复杂的问题我们没有办法去解决。还有一个痛点,原来设计电网的适应性比较差,当前我们电网的需求是在不断的提高,高击穿的标准跟以前不一样,一次调频、惯量支撑等等,这些都需要我们为业主去考虑做技改,原来的设计环境适应性比较弱,环境适应性有两个方面,一个对环境的友好性,一个适应环境的能力两个方面,包括叶片的腐蚀、冰冻,还有老的机组产生的噪声、光影,一开始我们在做风机设计的时候并没有考虑到这些,对周边环境不友好。

接下来是提质增效的方案。从五个方面去考虑,因为前面的四个问题归纳起来都是可以从风、机、场、环、网五个方面做一些改进和升级。风机最主要来源是风,如何把风最大化利用,并且如何拿到更加多的风能,这是我们考虑的问题,这就是我们提的第一个点如何增功。机是指整机的优化治理,里面包括发掘自身的潜能,所谓自身潜能就是降低故障率,提升机组可利用率。场就是在场控上面,场控上面主要是协调全场的风资源,如何发挥全场的能力。环是指环境的适应性,通过叶片治理、控制系统的优化等等手段进行环境适应性的改造。网就是对于电网适应性能力。

从风的方案去讲一个是叶片的增功,叶片增功对风机能量的吸收、AEP的提升会有非常大的帮助。叶片增功分了三部分,分别是叶片气动优化、叶片延长、叶片换长的梯次利用,叶片气动优化包括涡流发生器、锯齿型尾源的使用、扰流板、叶尖小等。延长主要就是把叶尖加长,叶片换长和梯次利用我们在后面会有详细的案例介绍,分别提升AEP能量换长肯定是最高的,大概在20%以上,当然这个是要基于整个载荷的设计和余量来考虑。

接下来是关于如何更好的利用风,我们是智能增功的方案,最主要就是在控制算法上面进行优化和升级,包括动态最优转距控制、最优桨矩角的控制等等,小风挂瓦、定制化偏航等等,在后面案例里面会有体现。

机,如何提高整机的提质增效的能力,一些三电改造和整机综合治理方面,三电改造、变桨变流主控,变流器技改最主要会有一些老的变流器散热系统优化,接触器的增加,国产化的替代等等。有一些国外厂家替换的问题,还有电能质量的治理,变桨系统基改主要有超级电容的替代,以前一些高压系统和老的系统,整个电路系统都会相当的复杂,目前整个技术路线从低压转向高压,并且从繁杂的系统已经简化到非常简单的三柜的系统,还有滑环系列,变桨50%故障都是来自于通讯的故障,最主要对于整机性能的提升和可利用率的提升深度的综合治理,能够降低一些运维成本,提升发电量,这里包括所有的技改和涉网、数字化其他的深度治理。

在整机方面安全性也是非常重要的问题,像超速、火灾不出则已,一出都是大事故,我们在提质增效方案里面还有一个防超速、防火灾、防违规操作的案例。现在防超速是有两套系统,一套叫测风90度偏航冗余,一套是轮毂过速保护的系统,冗余的偏航会独立于整机的安全链。防违规操作主要依靠的是视频监控系统,这个视频监控系统可以实时传入到场控,并且有一些报警,这些系统我们已经超过了60个风场,包括新增的,包括后面技改的,陆续都在实施。

场,最主要要体现整个风场的协调,左边这张是系统的拓扑图,Gridagent全部进行数据交换,并且集成了许多功能模块。所有功能模块暂时在右边这张图上,这些功能模块里面有AGC、AEC、一次调压调频,使我们的风机更好的能响应电网的指令,包括光影控制、扇区控制,这是体现的对环境的友好型。

环,环境适应性的改造包括叶片的环境治理和控制算法的升级,包括叶片覆冰控制、防冰的改造、防雷的改造。还有叶片降噪,叶片降噪主要是用3D的尾源,智能降噪和控制主要是指控制算法的升级,像智能降噪、光影控制更应用分散式以及靠近居民的区域,最早风机控制里面是没有加入对环境有影响的控制算法。

网,就是指电网适应性的改造。主要包括高低穿和一次调频、AGV、暂态,这是整个特点,对于我司改造的特点来说,施工周期比较短,具备整个后续技术升级的能力。

接下来有几个经典案例的风险。首先是增功的案例,叶片延长加智能增功,是一个系列的方案,这是上海的风电场,业主希望在公司内部有一个样板工程,实现发电量的提升,在现场考察、进行载荷的校核以后,我们给出来是叶片延长和智能增功,最终客户发电量收益达到了7%。左边是叶片延长加工的过程,首先是叶片的打磨、画线、切割、涂胶、粘贴、固化、修形,最后进行油漆的处理。智能增功是一系列的增功方式,右边显示的是最优桨矩角控制前后的对比,大家可以看到原来在小风阶段,在额定风速之前阶段,最优桨矩角控制之前一直定在0度,但是根据最优桨矩角控制的原理,后面是做了微调。

这个是叶片换长梯次利用的一个典型方案。我们用了116米风轮的叶片更换了105米风轮的叶片,换下来105米的风轮叶片到了另外一个风场换93米。换下来93米的叶片,有三个路径,如果有需求把93米加长到97米,去更换了87米风轮的叶片;第二个直接93米换了87米;还有一个作为报废处理。在整个过程中我们都会对整个机组的载荷余量进行计算和考核,因为上电的机组以前设计的余量相对来说比较大,我们物尽其用,利用最大化的一个典型案例。

这个是智能增功的案例。江苏某风场是属于低风速的山地风区,全年只有大概5.1米的年平均风速,2016年开始我们进行智能增功的改造,这个智能增功主要包括偏航、转矩控制,我们对它进行自耗电的控制,分夏季模式、冬季模式,最后客户得到发电量是4.34%。下面这个表格就是当时的数据,发电量增加还是相当大,而且切入的次数明显减少了一半左右,可利用率有0.1%的提升,整个发电量提升4.3%。

最后再分享一个变桨整机国产化替代的案例,右边是在替换过程中的工程图,项目背景是新疆的风场,建于2013年,机械是六柜的系统,属于直流系统,早期直流系统集成度非常低,电机电池都是需要定期的维护和更换,成本非常高,而且直流系统一般来说都有碳刷,会损耗、打火,需要定期换,再加上供应商退出,没有支撑。所以业主选择了整体的替换,替换成国产化的三柜系统,交流四伏超级电容的方案,免维护,最终换下来以后2020年替换两台,三年最终只出现了一次变桨故障。2023年7月份替换了8台,至今大概3个多月出现了一次变桨故障,所以这个收益对于业主来说还是相当大。柜子是从后机端吊上去,到了轮毂里进行安装大部件、驱动器和超级电容。

谢谢大家!

    

(根据演讲速记整理,未经演讲人审核)

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