刘建军:新政下风电场最优改造方案探讨

能见App 2023年10月27日 10175

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,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,金风科技股份有限公司解决方案团队负责人刘建军在风电机组优化升级专题论坛上发表题为《新政下风电场最优改造方案探讨》的主题演讲。

以下为发言全文:

大家上午好,今天我和大家分享关于“新政下风电场最优改造方案”的探讨。我的分享一共分为两个部分,第一部分是国内政策的解读,第二部分是相关解决方案以及实施案例的介绍。

首先,为了深入贯彻2030年“碳达峰”目标,在国家层面针对老旧风电场改造上发布了多项指导政策,6月13日发布了《风电场改造升级以及退役管理办法》, 7月份,发布了《关于促进退役风电、光伏设备循环利用的指导意见》,里面提出了6项部署指标。不久后又发布了《关于做好沙漠戈壁光伏等新能源产业用地保障工作的通知》。这三项国家级的顶层文件相继发布,旨在引导老旧风电场的退役升级改造。此外,还可以参考在退役管理办法里面提到的财建〔2020〕426号,涉及所有退役升级改造后的风电场补贴问题。另外,还有一些其他地方性的文件,如《关于加强生态保护红线的通知》以及《风力发电场生态保护及恢复技术规范》。这些国家级文件共同构成了老旧风机升级退役改造管理办法,目前在这个管理办法的指导下,已有12个省份已经发布地方的退役升级以及改造的管理办法。

通过总结现在已经完成退役升级改造的风电场项目,我们对整个批复流程进行了归纳梳理,特别关注了环评和水保等方面的意见。等容改造的流程相对来说简单一些,增容相对要复杂,基本等同于新建风电场。另外一部分就是生态红线区,在这方面总体指导思想是鼓励土地节约,不扩大现有规模,不得造成对现有红线区内草原、林地等环境破坏污染。当处于生态缓冲区的早期风电场面临安全性技改需求时,要制定符合政策的技改方案。

接下来我给大家简单的做一些介绍。

所有改造需求分为两大类,提质增效和安全性技改,这两类改造技术路线制定的过程中,会根据自身情况,从以下维度来选择最适合自身风电场的技改方案,包括1政策符合度;2投入可控和投入产出比;3风电场最大容量的扩容;4存量资产的最大化利用,即拆除的机组能否继续利用,比如塔筒、叶片、钢材、稀有金属等,后续会存在非常大的替换下来的老旧机组容量亟待解决消化;5是老旧风电场改造比较热门的课题:国产化改造,国产化替换,比如PLC需要我们积极的去进行国产化自主可控替代的工作。

政策符合度方面,如前所述,生态缓冲区内存量风电场总体指导思想是鼓励土地节约,不扩大现有规模,不得造成对现有红线区内草原、林地等环境破坏污染。当处于生态缓冲区的早期风电场面临安全性技改需求时,要制定符合政策的技改方案。河北某风场,项目需要把77-1.5机组叶片升级至87-1.5,同时将750机组延寿提质增效,金风创造性的提出了叶片梯级利用的理念,升级更换18台GW77/1500机组叶片,叶轮直径由原77m升级为87m,GW77/1500下线77叶片替换到GWS50/750机组上,叶轮直径由50m升至77m,同时对机组轮毂、偏航、机舱、电控、变流器、齿轮箱、塔筒上段及其他部件进行延寿改造,辅助控制优化+降载策略,最终GWS50/750升级至GW77/750机组。

优秀的叶片梯级利用方案,不仅显著提升了发电量,实现低投入、高产出;而且大幅减少了退市小叶片采购周期,使得项目可以充分利用窗口期,快速完成技改。

如果只想做比较简单的改造,可以选择叶尖延长和风至。金风风至在5兆瓦以上的机组标配。老机组前期设计偏保守,这种情况下可以对原有叶片进行叶尖延长。做叶尖延长的同时前提,要充分考虑基础、塔筒、整机载荷、控制策略的优化。同时,增加风至系统,提升风速的前馈效应,通过优化控制策略,可以在200米以外提前感知风能变化,对风电场进行场级群控,优化风电场的尾流效应。早期装机风机点位都是成行成线平行排列,没有像现在机位选点一样精细化考虑尾流效应。所以针对存量风电场,可以通过风至系统综合评估风电场每一台机位的历史数据,比如尾流效应、风向标、风速级、偏航、桨距角等,针对性的对整个风电场进行控制,以达到整个风电场发电量最优,解决发电量提升的问题。通过风至和叶尖延长配合,可以实现整个风电场提质增效的最优化。

以大代小是常见的老旧风机技改思路,所有风电运营商,对老旧风电场更新的动力,主要源自原发电场的发电效率低下,运维成本高,风资源条件好,但是风资源不能最大化的利用。其次,随着新建项目可选位置逐年减少,各运营商面临着日益增大的竞争压力。在2023年前后,大部分新建项目将位于风速在6.5米/秒以下的地区,项目内部收益率不足10%;而在风速9-10米/秒的地区对风电场进行翻新改造,可以实现15%以上的内部收益率。因此,优秀的收益率老旧风电场进行以大代小改造的最大动力。2023年新疆某风电场实施了整场以大代小等容+增容技改,技改前容量150MW,技改后440MW,增容290MW,贡献了该集团年度新增开发指标6.9%,打开了风电增量的市场空间。

另外,改造要考虑资产的最大化利用。对于整机厂来说需要考虑运用一些先进技术,从而能够最大化利用现有的资产,减少资产的重复投入。比如在一些小的机位点、红线区域的机位可以通过最少的投资、先进的方法去改造原有的机组,或是针对孤儿机组或者问题比较多的机组,可以对其部件进行改造,通过对问题最多的部件改造之后达到最大的收益,同时也减少整体投资的压力。此外,我们还致力于是整机再利用,不管是750kw机组,还是慢慢退下来的1.5MW及2.0MW机组,寻找能够再次应用的场合,如小型分散式项目,乡村振兴,或高耗能企业自发自用场景,有绿电考核的区域,可以把退役机组进行整装再制造,让性能满足现有应用要求。另外,针对报废处理,现在整个回收体系里面报废难度最大的就是叶片,我们正在积极开发叶片的回收技术,现在可回收的材料已经高达90%以上,金风科技致力于2040年整机达到百分之百回收、再利用的发展目标。

这是一个机组大部件利旧焕新的案例,在甘肃某风电场,原2.0风机厂家已经退市,在这个机组中,发电机是一个持续出现问题的关键部件,每年都需要进行维修并且仍然存在持续的故障。针对这种情况,我们为了减少客户整体的投资,根据金风自己的直驱永磁体系技术对原发电机进行永磁直驱发电机的改造,把大部件的问题一次性解决。同时我们对它的三电系统利用原有的部件,在尽量不改造PLC或者其他部件情况下植入我们自己开发的变桨、主控等这类的程序,让客户以最低投入得到最大收益,同时让机组能够更持续稳定的运营。

国产化替代,金风和友商在这个方面有一定的建树。我们开发了常压变桨系统来改造一些变桨故障率比较高的老旧机组,还有变流、主控和中央监控系统改造的方案。这个案例显示某现场安装的149台2兆瓦机组,设计等效小时数是1900小时,实发1053小时,主要痛点是变桨电源、驱动器损坏情况突出。经过综合治理国产化改造之后,整体故障率得到大幅下降,机组发电量提升比8%到10%,整体的单机可利用率达到了95%以上,并且实现了早期机组不具备的一次调频、高低穿能力。

我们是金风慧能,是金风服务的板块,致力于全产业链为所有客户提供端到段服务,我们打造咨询、拆除、回收、新建全产业链服务保障客户收益,另外在老旧风电场破旧立新过程中,我们通过一体化的建设,回收机组等,在工程总体进度可控、客户经济效益最大化的情况下,为行业服务,谢谢大家!

 

(根据演讲速记整理,未经演讲人审核)

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