老旧风电场改造与延寿技术

2019年7月10日举行“风电平价上网与大基地建设研讨会”内容干货丰富，本文将通过系列化连载的方式，为您展现每一位演讲嘉宾的精彩演讲内容，敬请持续关注！

精彩回顾的第八期，是由金风科技退役线主机产品总监张才盛带来的“老旧风电场改造与延寿技术”主题分享。

市场环境

纵观全球来看，兆瓦及以下老旧机组的项目的市场已经开始显现了，客户也意识到采用一些新技术来提升价值。一些国家已提出相应的政策，比如说美国的老旧风机Repowering，政策方面有税收的抵免和银行贷款优惠政策。欧洲也更加关注低效资产，因为欧洲的区域比较小，如果把小机组换成大机组的话，优惠政策更大。国内目前是一个萌芽期，有些客户已经开始对这些兆瓦及以下的机组提出repowering需求。

市场痛点

东北三省老旧机组占全国的20%容量，兆瓦级机组的装机总容量大概是1.8GW，共计2000台。其中最大比例的是850kw机组，并且运行的时间基本上集中在10到15年，这些机组在逐渐退役。15到20年机组现在也有很多，约有300多台，这两三年就会出现逐渐退役的情况。

比如：黑龙江有一个850kw机组项目，从项目来看，这些项目所处的风资源都非常好，基本上在7m/s左右，但是它的发电小时数及收益均较差，相较理论小时数大概有40%的偏差，为什么有偏差？主要有几个情况，第一个就是机组的配件供应问题，原备件的一些生产商已经倒闭了，小机组的容量小，备件的数量也有限，缺配件就会导致停机，并且备件的库存时间比较长的话，备件换上去的时候备件的故障率也增加很多。第二个问题是配件替换的问题。对于客户来说，原备件的生产商停产，采购市面上的替代品也达不到要求，因为换个备件它并不符合原有规范，备件具体的适应性还是需要去进一步验证的。第三就是大部件的问题，大部件失效，停机时间是非常长的，特别是国外机组，整机厂家已经不再生产该机型，并且也没有库存备件。所以这种大部件损坏周期长，导致了客户的收益受到很大的损失，直接成本也会很高。

解决方案

针对老旧机组Repowering，金风科技的解决方案是什么？目前有两个方案：一个是深度技改，还有一个就是换新机组“以大换小”。深度技改和换新组技术各有不同的优点和挑战。比如深度技改的优点就是采用新技术，发电量肯定会提升，并且成本也更低。因为机组基础、塔筒和线路包括升压站借用、工程周期短、不涉及到环保的问题。换新机组（以大换小）的优点是发电量肯定会提升，减少视觉影响，对电网的支撑也很好。但是它也有挑战，例如基础道路施工重新征地，并且高度有所增加，某些区域可能对环保政策的影响非常大。总的来看，深度技改更适合老旧风电场的提效增值。

深度技改几个关键因素：

金风科技对深度技改是怎么去思考和解决的。首先，做设计方案，包括激光雷达测风，因为早期的机组风资源评估缺乏，都是基本上靠人去观察地形，这个地方适合建风电厂，是否合适，从我们现在调研结果显示有些机位发电量不好。第二个就是塔筒和基础，如果你要借用的话，还需要评估它的安全和完好性，以及寿命是否还能支持20年。

1、风资源评估

最重要一个因素就是风资源，因为早期建风电场的时候这周围没有风电场的，而建完之后又建了很多风电场，这些其他风电场相互之间的尾流影响也很大，影响发电量。对于老旧风电场，执行风资源精细化评估可降低项目预测发电量和相关收入的不确定性。老旧风电场机组技改通常用较长叶片替换现有叶片，但这些导致尾流损失增加和尾流诱导的湍流。因此，应使用适当的风资源评估软件确定原始机组和新机组配置之间的尾流损失差异。早期的风资源数据缺乏，我们金风科技有很好的解决方案，雷达测风以及通过虚拟测风塔，这两个技术我们很成熟了。

2、变电站评估

重新使用升压站可以节省大量成本，但对项目来说并非没有风险。为评估此类风险，应进行独立的工程评估，以评估现有升压站是否适用于新风力发电机组，以及延长使用年限对设备的影响。评估应包括对现场图纸、计算和报告的详细分析，以及现场考察，以确保变电站、集电系统、控制系统和输电线路适应性。例如，可能需要完成以下研究：载流量、变压器负载、无功能力、短路、接地、继电器协调、谐波以及监控和数据采集（SCADA）协调。这些研究的结果可能需要新的资本投入进行更换或特定现场容量的缩减，以确保升压站重新供电后的可靠运行和合规性。

3、基础/塔架评估

对基础的评估是非常关键的，如果基础不能用，Repowering基本上没办法做了，基础要做寿命的评估，通过一些方案能够详细的分析一些风电基础的一些承载能力，还有一些施工资料，包括制造质量的评估以及现场的检查，包括沉降、探伤、强度等等这些做一个完好性的检查之后，我们再评估。这个技术是否OK，如果OK的话，我们会给出一个确定的使用寿命，如果不OK我们也可以做一些加强的技术。

针对塔架，早期的项目设计数据没有，早期的塔架也没有，那我们怎么办？我们也是有新的一些技术来解决问题，我们采用了北斗定位系统和高精度的位移传感器，监测它相对位移来评估它的安全，通过计算疲劳损伤，包括它寿命，能够解决早期的风电厂它没有数据情况下，评估基础和塔筒。

价值体现举一个案例：在东北某个项目中，金风科技借用老机组的基础、塔架、集电线路、变电站等基础设施，用1.1兆瓦机组更换850kw机组的话，回收期大概为4到5年。金风科技又选择了几个风电场做了多方案对比，包括750kw、850kw和1MW等各种机型，深度技改大概5年可以收回投资，投资收益率基本在15%以上。什么样的机型比较适合做Repowering？第一是单机小容量的机组，750千瓦到1.25兆瓦就比较适合做；第二是平均风速在8m/s以下，年平均发电小时数如果小于1800小时，如果超过1800小时的话，加上一个限电的因素，收益不是很好，不建议做深度技改。机组运行10到15年的话，是非常建议做的。本次分享重点介绍了金风科技在最近的老旧风电场深度改造中发现的最佳实践、常见问题和见解；介绍了风电场风资源评估，基础/塔架评估及升压站评估。金风科技的目标是支持风电场投资者收益提升和老旧风电场安全可靠提升。总之，低效机组各种运维问题导致开发商利益损失，深度改造对提升收益是非常有必要的。低效机组深度技改未来肯定会呈上升的趋势，早期1.5MW机组也会跟随这种模式，并且今年我们也做了4个1.5MW机组的项目的深度技改。