提高风电场效益的技术与管理经验

提高风电场效益的技术与管理经验

摘 要：本文探讨了随着风电新增装机容量进入平稳发展阶段和大批风电机组过质保期，从风电现场实际运营情况出发，分别就技术角度和运维管理经验入手，来提高风电场的效益。结合现场调研反馈，影响风电场效益主要体现在两大方面，技术方面包括偏航校准、叶片维修与防护、气象站冰冻问题、齿轮箱油温高等；运维管理方面包括定检巡视管理、备件品质和技术服务管理、技术交流与传承等。

关键词：风电场 效益 技术运维管理多角度

1.引言

随着世界各国对能源安全、生态环境、气候变化等问题日益重视，加快发展风电已成为国际社会普遍的共识和一致行动。到2016年底，风电年发电量占全国总发电量的4%，已成为继火电、水电之后的第三大电源。未来的能源结构中新能源的占比将会持续扩大。

但这并不意味着风电行业的发展从此就将一帆风顺。不断下降的风电上网电价水平、弃风限电、风电机组设备技术性能逐年衰退、运维管理跟不上迫使着风电行业不断地进步以生产出相比较其它能源而言更加经济，更加具有竞争力的能源。

为此，在排除不可抗拒的上网电价下降、弃风限电等因素之外，如何从技术角度和管理方面发力，加快风电场的转型，以促进风电效益的双提升，破解了风电场运行管理过程的难题，提高了设备的利用率和风场效益，是本文具体论述的主要内容。

2.技术角度

2.1偏航校准

大多数的风电机组均存在一定的偏航误差，偏航误差的存在可能会给风机带来破坏性的载荷，以及次佳的功率输出。根据EWEA发布的调查研究，只有20-25%的风机的偏航误差在2度以内，年发电量损失0.2-0.5%，而大部分机组偏航误差在6度以上，年发电量损失达2%左右。风电机组偏航误差产生的原因很多，传统风向测量的设备都是装在机组的尾部气象站上面，无论是机械式还是超声波，都会受到桨叶的扰动、机舱的外形的扰流，另外还有安装和制造引起的误差，这其中气流扰动影响最大。

如何避免气流的扰动，准确测量当前的风向，校准以往的偏航误差，在此需要一种全新的测量手段，目前比较成熟的技术手段是采用激光测风雷达进行测量。激光雷达通过高频激光束射向风机正前方，来测量风机的风速和风向，排除了叶片的干扰，实现了准确和提前测量。风机偏航的校正需要经过一段时间的测量，通过调整测风仪或者修改风机的参数，把偏差纠正到1度以下，在调整完毕之后，进行下一台风机校准测量或者直接作为永久测风仪。

偏航误差造成风机发电量的损失，以及额外的风力载荷将直接影响风场的长期效益。从投资回报率来分析，激光测风仪来校正传统风机的模式，大概半年可以收回校正的投资，因此在技术手段能够解决的范畴内，存在偏航误差的风电机组应尽快进行校准工作。

2.2叶片维修与防护

随着风电市场的逐渐成熟，风力发电机组向大型化发展，叶片长度的不断增长，同时带来叶片重量的增加。然而风电场的位置偏远，运行环境恶劣，如较大的风沙侵袭，-30℃至50℃的循环温差，盐雾腐蚀以及强紫外光等，兆瓦级的机组其叶尖线速度高达200-250Km/h,在这样高转速下，风沙和雨滴对风电叶片的侵蚀相当于等离子切割，叶片表面容易形成空洞，加快腐蚀、老化的进度，投产后不久即损坏严重。研究表明，叶片表面粗糙度的增加以及缺陷的累积将导致发电效率降低5%-30%，还可能导致叶片运行失稳造成齿轮箱故障。

风机叶片上面小的缺陷如果没有得到及时的专业修复，将导致裂纹延伸至叶尖和内部复

合材料中，造成叶片大面积的开裂，最后不得不进行大型修补或者返厂处理，给风电企业带来重大经济损失。叶片损伤产生原因主要有：①生产时的设计和制造缺陷②运输过程中的磕碰损伤③雷击、砂石雨滴、盐雾、污物等自然因素，造成了前缘腐蚀开裂、后缘损伤、表面裂纹、叶尖削磨等问题。

为了保证风机叶片长久高效运行，同时兼顾当下的实际运行，叶片维修建议选择在风较小的季节，对风电场的叶片定期进行检查，针对前后缘腐蚀、叶尖以及叶片避雷系统进行检查、维护，修补后，可在叶尖处前缘贴上风电叶片保护膜，加强叶片重点损坏部位的防护，延长寿命。通过对叶片的缺陷的修复和保养，以较低的费用提高了叶片的气动性能，使机组在盛风期具有更高的发电效率。

另外，如何根治造成叶片大量损坏的“水土不服”问题，本文从探讨的角度分析，应根据我国各地区风电场的环境条件和已有叶片服役之后的反馈来分区域设计叶片涂层厚度、叶片保护膜厚度以及涂装工艺，摒弃之前叶片企业“一刀切”的模式，生产出真正满足运行环境要求的定制化叶片。

2.3气象站的冰冻问题

风力发电机组发电量的多寡的根本外界因素是风，风的速度和方向只有准确的被风机上面气象站读取并传输给控制系统，风机才能适时地调整状态，最大程度的获取风能转化为电能。然而在遇到冰冻天气时，气象站将无法识别风况导致风机停运。本文以河北新天科创位于张家口坝上的若干风电场为例，讨论冰冻对风机运行的真实影响。

河北新天科创新能源技术有限公司坝上地区风电场冰冻天气运行数据汇总

风电场日发电量万Kwh日平均风速风电场装机情况

寒风岭风电场一期28.1UP1500(11台）

GE1500（22台）

寒风岭风电场二期37.9GE1500（33台）

东团堡风电场2 1.8UP1500(33台）

留家庄风电场6 6.9GE1500（33台）

蔚州风电场一期114.2FD1500（33台）

蔚州风电场二期114.4FD1500（33台）

蔚州风电场三期314.2Gamesa850（58台）

蔚州风电场四期17.5GE1500（33台）

蔚州风电场五期17.6GE1500（33台）

蔚州风电场六期68.8GE1500（33台）

蔚州风电场七期28.4GE1500（33台）

蔚州风电场八期08.1EN1500（33台）

蔚州风电场九期06EN1500（33台）图1.2016年11月21河北新天科创张家口坝上地区风电场冰冻灾害天气风机运行数据

从上表不难看出，2016年11月21日张家口坝上地区五个风电场13期共65万KW的装机量，风机发电量仅为28万kWh，以当日张家口区域每期平均发电量65.5万kWh计算，结冰损失约749万kWh，仅一天就损失巨大。张家口坝上地区地处河北省最北部，因海拔从七八百米急速上升至近两千米的巨大落差，形成了坝上地区特殊的气候状况。每年初入冬季和来年春天是冻雨灾害的高发期，此时，分布在这片区域的风电机组气象站被冰冻，无法运行，叶片表面同样覆盖一层薄冰，导致风机无法启动，其从被冰冻到解冻恢复功能需要十多小时，