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潤陽能源劉昊:基于數據的風電機組技改提效方式探討

放大字體  縮小字體 發布日期:2020-10-16   來源:能見APP  瀏覽次數:1932
核心提示:在16日上午召開的風電機組技改專題論壇上,潤陽能源技術有限公司總工程師劉昊發表《基于數據的風電機組技改提效方式探討》主題演講。
  2020年10月14日-16日,2020北京國際風能大會暨展覽會(CWP 2020)在北京新國展隆重召開。作為全球風電行業年度最大的盛會之一,這場由百余名演講嘉賓和數千名國內外參會代表共同參與的風能盛會,再次登陸北京,本屆大會以“引領綠色復蘇,構筑更好未來”為主題,聚焦中國能源革命的未來。能見App全程直播本次大會。
  在16日上午召開的風電機組技改專題論壇上,潤陽能源技術有限公司總工程師劉昊發表《基于數據的風電機組技改提效方式探討》主題演講。
  
  以下為發言實錄:
  
  劉昊:我的分享分四部分,第一部分先介紹一下風電后市場的整個情況,截止到2019年底,在國內海上和陸上風電機組裝機是超過了230多個吉瓦,占到全球的37%,這是總的裝機容量,對于機組的運行年限截止到2019年底是大概48%,這是運行5年以上的,在今年年底會超過50以上,相當于運行機組年限越來越老的比例會逐年增加,這樣就帶來了一些問題,首先是機組的事故頻發,包括火災和去年上半年行業內比較嚴重的倒塔的事故,另外機組運行年限的增加、發電效率、運行穩定性也會有一定的降低。針對以上問題,各個主機廠、第三方運維公司也出了很多技改方案,這是行業協會在去年發布的2018年的風電后市場報告里面的技改方案清單,截止到2018年有196個技改方案,這是總共的數量,這是今年8月份發布最新的后市場報告,可以看到技改方案增加到344個,雖然里面有一些重復的,但是畢竟技改方案的數量還是有很大的增加。所以技改數據的增長就給我們技改方案的實施帶來一定的難度,尤其業主怎么去選擇這個技改方案,所在選擇技改方案的前面,一定要對風電場包括風機數據進行詳細的分析,所以也就是我分享的主題,首先要搜集風電場的信息、風資源、機組運行數據、運維管理的數據,搜集完之后對數據進行詳細的篩選分析,分析完之后會把它分成幾類,首先第一類是風機性能類,可以針對性做一些性能提升的策略,第二點是故障類,相當于機組運行,不管是部件還是整機,針對不同故障類型提出不同技改方案。第三運維管理類,相當于日常的運行維護的排產這些類型,有沒有不合理的地方,我們做一些運維的優化,針對這三類提出三種方向,這里面因為是技改專題,所以主要還是以技改為主,第三塊運維這塊就不詳細說了。提出的方案就是分為發電量的提升、安全可靠性的提升、運維管理優化。
  
  第二部分介紹一下發電量提升,風機功率的公式大家非常熟悉,從這個公式可以看到,v是不能改變的,因為它是外部環境,但是其他幾個參數都是可以改變的,所以我們從其他幾個參數一一來展開,針對不同策略。比如葉片掃風面積,可以根據葉片長度,風速雖然是不可變的,但是可以延長風機利用風速的區間、時間范圍,從這個角度提高一定的發電量。第三段CP,可以改變的特別多,用一些先進的控制算法增加CP。介紹一下通過葉輪掃風面積,第一個葉尖加長,相對施工起來比較方便,在前面工廠做完詳細的載荷,強度評估之后到現場實施,這是明陽機組1.85.82機組具體案例,年發電量可提升10%,因為每個風電場情況不一樣,發電量也所不同。第二個是葉根加長,設計相對簡單,施工難度葉尖難度大一點,也是兩種施工方案,一種在陸地上組裝吊裝,另外單一吊裝在空中組裝,這個也是明陽1.582的機組,年發電量可提升10%以上。另外一塊是增加偏航對風精度,增加偏航對風精度相對于葉輪正對風的情況下,既增加了掃峰面積又增加了風速,這是一個統計,相當于偏航對風誤差跟發電量損失的比例關系。具體的方案首先有一個激光雷達測風的方案,這個也是近幾年運用比較多的,來測風機葉輪前面七八十風速關系,跟葉輪尾部風向標的關系做一個對比,將差值疊加到主控系統中,用最新的差值來優化偏航的算法,使偏航始終正對風的方向,這是具體的案例,通過對風優化之后,偏航誤差基本上從原來的幾度可以縮小到0度附近,年發電量也有1%到5%的提升。畢竟激光雷達有一塊費用,從我們現在最新的主控制器CPU逐漸加快的速度,我們可以用PLC進行偏航系統的優化,相當把偏航對風、角度、實施功率做對比分析,找到最優的偏航角度,來把它用這個數值作為我們的偏航控制策略,只改變軟件的方式來提升發電量,也有一定的提升。
  
  另外一塊增加風速的方式,雖然風速不能增加,但是我們可以延長風機利用風速的時間,首先是在啟動這塊,因為風機的啟動傳統都是3米以上,但是啟動有一個過程,而且對風速判斷的準確性也對啟動有一定影響,尤其低風速地區,在小風的時候經常出現風速達到了,風機遲遲沒有起來,所以這塊可以做一定的優化。另外切除,尤其新疆區域大風比較多的時候,我們剛剛到大風的時候很快就切除了,這個時候就損失了很大的發電量,這個時候可以在切出這塊做一定的優化,降低載荷,保證在大風的時候對分有一個利用,具體小風可以對變槳、啟機時間做一些優化,把風機啟動起來。在高風速區域可以把功率進行一定的降低,這個是理論和實踐的對比。另一塊就是控制策略,這個曲線就是風能利用率的最佳曲線,大家知道早期用的查表法損失了很大的曲線利用空間,后來提出了CP方式有一定提升,但是現在最新控制算法是柔性轉速控制,在額定風速之前,讓風機轉速盡快達到額定轉速,這樣能更大范圍的利用最優的CP曲線。同時我們還可以借助近幾年推出一些控制算法,對CP進一步提升。另外CP葉片的改造,在有些大葉輪的情況下,我們可以通過增加渦流發生器,提升葉片的氣動性能,提升比例也有0.5%到2%。另外一塊就是用飛機機翼類似葉片的改造方式增加葉尖小翼的方式,增加葉尖處的氣動性能,對發電量也有1.5%到6%的提升。另外一塊就是安全可靠性提升,剛才提到的事故,包括火災、倒塔、機組的振動,針對這些問題可以針對性的提出一些防超速、防振動、防火災,除了這些就是其他機組可靠性的技改方案。
  
  首先防超速從三個方面,第一個變槳防超速,相當于我在變槳里面獨自測轉速,在安全失效情況下變槳可以主動收槳,另外如果有極端超速情況下,可以通過偏航改造,通過遠程手動偏航、程序自動對風方式,保證機組在極端工況情況下停下來。另外也是針對去年年初國內比較大的事故是因為操作人員事故,這個時候經過一些改造,防止在源頭上操縱人員誤操作,導致三個槳翼的情況。對于防振動,通過數據分析也有很多類型,首先有源自于變槳的,有源自于APR自身,可以通過塔架加阻改變頻率以及控制幅度,對于控制類,通過控制頻率合塔固有頻率的關系,可以找到這種關系,把振動濾波的方式加到轉矩控制或者變槳控制中,來達到降低振動的效果。另外一塊就是防火,大家都知道雖然很多都裝了滅火,像干粉、氣溶膠的滅火裝置,但是目前火災還是頻繁發生,一個是滅火的效率問題,一個是還有些著火點沒有完全滅掉,相當于我們做的產品是把航天、軍工用的全氟己酮用在風電領域,這是新出來的產品,是無色無味的,而且對電器器件完全沒有損害,滅火效率特別高。另外一塊可靠性的技改,類型比較多了,我舉三個例子,第一個是有些極端的區域,我們在大風的時候,假如說機組停電了,一些臺風區域或者極端風況的時候,啟動黑啟動后備,有些變流器粘連的情況下,變流器無法單獨控制的情況下,遠程控制,這樣保證機組安全。另外遠程葉片鎖,在一些風況比較復雜的情況下,無法鎖定葉輪的情況下,增加硬件設備,保障葉片能夠鎖定起來,確保機組安全。
  
  總結一下,因為目前老舊機組數量比例不斷增加,問題也越來越多,而目前市面上技改方案又非常繁雜,我們選擇起來比較困難,所以數據驅動技改提效方案更有針對性,因為時間的關系,跟大家分享就到這兒。
  
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關鍵詞: 風電
 

 
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