風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)電機(jī)組更新改建經(jīng)驗(yàn)淺談

（新疆風(fēng)能有限責(zé)任公司，烏魯木齊 830000）

（新疆風(fēng)能有限責(zé)任公司，烏魯木齊 830000）

文章介紹了某風(fēng)電場(chǎng)對(duì)已經(jīng)運(yùn)行23年的風(fēng)電機(jī)組及其故障頻發(fā)、存在設(shè)計(jì)缺陷的機(jī)組進(jìn)行替換改建的項(xiàng)目，涉及項(xiàng)目實(shí)施中遇到的問(wèn)題及處理措施。該項(xiàng)目作為國(guó)內(nèi)風(fēng)電場(chǎng)改建的先例，從風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性及機(jī)組更新改建過(guò)程等方面提出合理化建議。

1.5MW風(fēng)電機(jī)組；風(fēng)電機(jī)組替換；變電所改造；運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性

0 引言

隨著國(guó)內(nèi)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的不斷擴(kuò)大，風(fēng)電場(chǎng)的規(guī)模也逐漸擴(kuò)大，風(fēng)電機(jī)組達(dá)到設(shè)計(jì)年限、故障頻發(fā)或存在設(shè)計(jì)缺陷的現(xiàn)象難于避免。考慮到近年來(lái)國(guó)內(nèi)風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)條件日益嚴(yán)格、風(fēng)電機(jī)組發(fā)電量收益及其他相關(guān)因素，對(duì)老、舊風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行替換是非常必要的。

本文對(duì)風(fēng)電機(jī)組更新改建的建設(shè)項(xiàng)目及變電所相關(guān)設(shè)備的選型做了介紹，對(duì)改建過(guò)程中出現(xiàn)的相關(guān)問(wèn)題及新舊風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行分析對(duì)比探討，得出了一些有參考價(jià)值的結(jié)論。

1 風(fēng)電場(chǎng)概況

該風(fēng)電場(chǎng)始建于1988年，作為早年全國(guó)首個(gè)現(xiàn)代化大型風(fēng)電場(chǎng)，已安全穩(wěn)定運(yùn)行近24年。自1989年建立的國(guó)內(nèi)首批大型風(fēng)電機(jī)組—丹麥13臺(tái)BONUS150kW風(fēng)電機(jī)組開(kāi)始，共經(jīng)歷四期建設(shè)，截至2012年年初，總計(jì)風(fēng)電機(jī)組76臺(tái)，涵蓋12種機(jī)型。

2 更新改建項(xiàng)目簡(jiǎn)介

本次風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)電機(jī)組更新改建項(xiàng)目，同時(shí)將15臺(tái)發(fā)電機(jī)組停運(yùn)，總?cè)萘繛?210kW。在原機(jī)位范圍內(nèi)重新進(jìn)行地勘、微觀選址后，建立起2臺(tái)金風(fēng)70/1500機(jī)組。更新機(jī)組及其配套設(shè)施接入原變電所，總?cè)萘繛?000kW。

風(fēng)電機(jī)組的更新改建必須考慮到變電所初始化設(shè)計(jì)、工程現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)情況、所在風(fēng)區(qū)的風(fēng)況及氣候情況等方面。因此，此次改造項(xiàng)目除符合風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)基本流程之外，還需特別注意幾個(gè)方面。

2.1 風(fēng)電機(jī)組選型

本次停運(yùn)的15臺(tái)機(jī)組容量總計(jì)為3210kW，對(duì)比當(dāng)前幾種主流機(jī)型750kW、1.5MW、2MW、3 MW風(fēng)電機(jī)組，提出多個(gè)選型方案。選型須滿足低電壓穿越能力、電網(wǎng)公司的適應(yīng)性、新建項(xiàng)目的安全性要求、風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定性、風(fēng)電機(jī)組整體成本、變電所主變?nèi)萘?、所在風(fēng)區(qū)的風(fēng)資源特點(diǎn)及環(huán)境條件等諸多的因素，我場(chǎng)最終選定型號(hào)為金風(fēng)70/1500kW的兩臺(tái)機(jī)組作為改建項(xiàng)目對(duì)象。

2.2 微觀選址

作為一個(gè)技改項(xiàng)目，限制因素比較多，機(jī)組微觀選址需多方面考慮。[1]

2.2.1 機(jī)組用地范圍非常有限

在須置換的15臺(tái)小容量機(jī)組所處的0.6平方公里土地范圍內(nèi)，完成新建兩臺(tái)1.5MW機(jī)組的建設(shè)工作。以每平方公里5000kW裝機(jī)容量為單位，僅有3000kW的裝機(jī)容量，沒(méi)有優(yōu)化余地，對(duì)新建機(jī)組總?cè)萘坑辛烁鞔_要求。

2.2.2 噪聲及尾流影響

根據(jù)機(jī)組廠家提供的資料，機(jī)艙處噪聲約105db（A），根據(jù)點(diǎn)聲源衰減公式AdiV=10lg[1/（4πr2)]，（式中：AdiV-距離增加產(chǎn)生衰減值，dB；r－點(diǎn)聲源至受聲點(diǎn)的距離，m；），受聲點(diǎn)距機(jī)組200m可滿足《聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)GB3096-2008》中4a類標(biāo)準(zhǔn)中的晝間≤70dB(A)，夜間≤55dB(A)的要求，而目前1500kW風(fēng)電機(jī)組距生活區(qū)295m左右，距圍墻不足100m，兩臺(tái)1.5MW風(fēng)電機(jī)組距最近排風(fēng)電機(jī)組的距離為534m。通過(guò)計(jì)算與置換機(jī)組臨近風(fēng)電機(jī)組功率曲線和推力數(shù)曲線，評(píng)估出它們對(duì)新建機(jī)組產(chǎn)生的尾流影響，從而計(jì)算發(fā)電量。微觀選址時(shí)需考慮邊界限制和對(duì)周圍其他風(fēng)電機(jī)組的影響，兼顧尾流損失最小。

2.2.3 風(fēng)電機(jī)組走向與臨近機(jī)組間距

新建機(jī)組連線的走向應(yīng)和現(xiàn)有機(jī)組排的走向一致。更新置換的風(fēng)電機(jī)組既要滿足與最鄰近一排風(fēng)電機(jī)組平行，還需滿足與同排其他機(jī)組保持合理距離。

2.3 接入方式

若改變接入方式，可能會(huì)致使全部電力涉及到的設(shè)備進(jìn)行改造、升級(jí)，這將增加工作量和成本。與此同時(shí)，還要分析新老設(shè)備特性的兼容性等因素。因此，決定保持變電所、線路主要設(shè)備和接入變電所接線的兩個(gè)方式不變的前提下，采用更換原有風(fēng)電機(jī)組進(jìn)線柜、互感器、電流表、定值調(diào)整接入方式。

2.4 更新機(jī)組配套箱變選型

依據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況，此次改造項(xiàng)目選用組合式變壓器。其特點(diǎn)為體積小、占地少、全絕緣、全密封以及 “全故障”保護(hù)，同時(shí)達(dá)到操作靈活，更換熔絲便捷，環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)等。

3 更新改建前后同容量機(jī)組運(yùn)行情況對(duì)比

經(jīng)過(guò)機(jī)組投運(yùn)三個(gè)月運(yùn)行數(shù)據(jù)的分析，改建后機(jī)組的平均月發(fā)電量由改建前的320MW/ h左右增至萬(wàn)580MW/ h左右，月標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行小時(shí)由改建前的447h增至582h。圖1是改建前后15臺(tái)同容量機(jī)組從2005年至2012年9月運(yùn)行數(shù)據(jù)的對(duì)比及設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性分析。

通過(guò)對(duì)圖1和圖2分析得知，改建后機(jī)組總?cè)萘繛?000kW，改建前原機(jī)組總?cè)萘繛?210 kW，在改建后，機(jī)組的月平均發(fā)電量、上網(wǎng)電量、發(fā)電小時(shí)、有效利用小時(shí)均高于改建前往年同期，由此說(shuō)明更換后機(jī)組運(yùn)行正常，單位容量下的電力得到了提高。

4 經(jīng)驗(yàn)體會(huì)

4.1 關(guān)于風(fēng)電機(jī)組組的最優(yōu)更換役齡

風(fēng)電機(jī)組達(dá)到設(shè)計(jì)壽命或機(jī)組發(fā)電運(yùn)行狀態(tài)較差時(shí)，不可避免機(jī)組更換和更新的問(wèn)題。由此，我們提出關(guān)于風(fēng)電機(jī)組的最優(yōu)更換役齡這一概念。該問(wèn)題直接影響風(fēng)電場(chǎng)發(fā)電收益和風(fēng)資源利用率的提高。機(jī)組實(shí)際壽命周期判斷需考慮以下幾方面：

圖1 改建后機(jī)組與原機(jī)組往年同期月平均發(fā)電量、月平均上網(wǎng)電量對(duì)比

圖2 改建后機(jī)組與原機(jī)組往年同期月平均發(fā)電小時(shí)、月平均有效利用小時(shí)對(duì)比

（1）機(jī)組運(yùn)行影響較大、備件易損、采購(gòu)存在困難對(duì)風(fēng)電場(chǎng)產(chǎn)量的影響；

（2）維護(hù)成本和運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性；

（3）是否符合電力電網(wǎng)安全生產(chǎn)要求。

風(fēng)電機(jī)組的更換和更新問(wèn)題可分為達(dá)到設(shè)計(jì)壽命及未滿設(shè)計(jì)壽命兩類。

4.1.1 達(dá)到設(shè)計(jì)壽命（一般為20年）的機(jī)組

由于達(dá)到了風(fēng)電機(jī)組20年的使用壽命，風(fēng)電機(jī)組的各個(gè)部件，如電氣、液壓、剎車系統(tǒng)等主要部件均不可避免地出現(xiàn)了老化現(xiàn)象，風(fēng)電機(jī)組累計(jì)發(fā)電量和年標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行小時(shí)數(shù)處于逐步下降的趨勢(shì)。同時(shí)，備品備件采購(gòu)困難、維護(hù)成本增加等一系列不利因素嚴(yán)重影響風(fēng)電場(chǎng)產(chǎn)量。且技術(shù)水平落后，存在安全隱患，已經(jīng)不能適應(yīng)風(fēng)電場(chǎng)的運(yùn)營(yíng)維護(hù)管理，不適合繼續(xù)運(yùn)行。

因此，對(duì)于達(dá)到設(shè)計(jì)壽命（運(yùn)行滿20年）的機(jī)組，則建議業(yè)主方考慮對(duì)該機(jī)組進(jìn)行更新改建，在原位置建立新的大容量機(jī)組 ，從而有效利用現(xiàn)有資源，提高發(fā)電收益。

4.1.2 運(yùn)行時(shí)間較短，未到設(shè)計(jì)壽命的機(jī)組

運(yùn)行時(shí)數(shù)未滿20年的風(fēng)電機(jī)組，建議從安全與電量經(jīng)濟(jì)性運(yùn)行方面綜合分析。首先，確定機(jī)組是否適合繼續(xù)運(yùn)行或有必要進(jìn)行更新改建。其次，對(duì)于風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)較差、故障頻發(fā)，維修多次繼續(xù)運(yùn)行的機(jī)組，則需考慮維護(hù)成本增加，發(fā)電量下降，占用電網(wǎng)容量和風(fēng)力資源且發(fā)電量收益較低，土地、風(fēng)資源利用率低。最后，從安全角度來(lái)說(shuō)，設(shè)備可能存在安全隱患，影響風(fēng)電場(chǎng)的安全運(yùn)營(yíng)，綜上，提前更換較多次維修和如期換置更經(jīng)濟(jì)。

4.2 風(fēng)電機(jī)組更新的考慮因素

更新置換改造不是簡(jiǎn)單的一對(duì)一設(shè)備更換，需要考慮如地勘、微觀選址、土地資源使用、電網(wǎng)公司設(shè)備容量更換報(bào)批備案、新機(jī)組機(jī)位的確定、接入方式、機(jī)組及配套設(shè)施選型諸多因素。以滿足單位時(shí)間收益最大化，單位時(shí)間停機(jī)時(shí)數(shù)最小化，預(yù)算限額內(nèi)達(dá)到最大的可靠性。

5 結(jié)論

在國(guó)內(nèi)風(fēng)電場(chǎng)改建尚屬首例，無(wú)經(jīng)驗(yàn)可借鑒的條件下，通過(guò)不斷摸索，風(fēng)電場(chǎng)順利完成了此次更新改造工程。采用舊設(shè)備添加，新設(shè)備改造的方式，做到了節(jié)約成本，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，縮短改造時(shí)間，同時(shí)達(dá)到更新改建的目的。

該風(fēng)電場(chǎng)作為安全穩(wěn)定運(yùn)行23年的老電廠，通過(guò)此次更新改建項(xiàng)目,在滿足了風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)技術(shù)要求的前提下,順利實(shí)現(xiàn)了風(fēng)電場(chǎng)大容量機(jī)組及配套設(shè)施替換小容量機(jī)組及設(shè)施，從而顯著提高單位容量的發(fā)電量，達(dá)到降低風(fēng)電機(jī)組的維護(hù)成本可行性，提高風(fēng)電場(chǎng)的安全穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行的目標(biāo)經(jīng)濟(jì)性。值得在現(xiàn)代化大中型風(fēng)電場(chǎng)中推廣使用。

[1] 宮靖遠(yuǎn).風(fēng)電場(chǎng)工程技術(shù)手冊(cè)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2005.

[2]中華人民共和國(guó)國(guó)家電網(wǎng)公司.Q/GDW 392—2009 風(fēng)電場(chǎng)接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定[S].北京:中國(guó)電力出版社,2009.

[3]（美）Tony Burton 等著, 武鑫等譯.風(fēng)能技術(shù)[M]. 北京: 科學(xué)出版社, 2007.

風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)電機(jī)組更新改建經(jīng)驗(yàn)淺談

于生軍，曾笑鴻，滿強(qiáng)，朱偉剛，任麗娟

Discussion on the Experience of Replacement and Reconstruction of Wind Turbines

Yu Shengjun, Zeng Xiaohong, Man Qiang, Zhu Weigang, Ren Lijuan
(XinJiang Wind Energy Liability Co., Ltd., Urumchi 830000, China)

This paper introducedthe project of a windfarm on the replacement and reconstruction of wind turbines which has been operating for 23 years and wind turbines with design defects which often break down, involving the problems and processing measures during the implementation of the project. As a domestic precedent for reconstruction of wind farms, this project proposedreasonable suggestions on the aspects of operating economy of wind power plant and process of replacement and reconstruction of wind turbines.

1.5 MW wind turbines; replacement of wind turbines; reformation of power substation; operating economy

TM614

A

1674-9219(2013)06-0100-04

2013-05-14。

于生軍（1974-），男，高級(jí)工程師，碩士，主要從事電力企業(yè)經(jīng)營(yíng)與管理工作。

曾笑鴻（1969-），男，高級(jí)工程師，碩士，主要從事電力企業(yè)經(jīng)營(yíng)與管理工作。

滿強(qiáng)（1973-），男，工程師，本科，主要從事電力企業(yè)生產(chǎn)與管理工作。

朱偉剛（1980-），男，工程師，本科，主要從事電力企業(yè)生產(chǎn)工作。

任麗娟（1983-），女，本科，主要從事風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行維護(hù)工作。