新能源發(fā)電設(shè)備可靠性影響因素的分析

曹江春

摘 要：我國(guó)要大力發(fā)展可再生能源已經(jīng)形成共識(shí)。但可再生能源并網(wǎng)有一個(gè)大障礙在于其發(fā)電具有波動(dòng)性、間歇性與不可預(yù)測(cè)性。發(fā)電并網(wǎng)比例上升，電網(wǎng)波動(dòng)性顯著增加，穩(wěn)定性降低，成本大幅度提高。因此，為了實(shí)現(xiàn)新能源大規(guī)模應(yīng)用，必須確保新能源發(fā)電設(shè)備的可靠性?；诖耍疚闹饕獙?duì)新能源發(fā)電設(shè)備可靠性的影響因素進(jìn)行了相應(yīng)的分析，以供相關(guān)人士參考。

關(guān)鍵詞：新能源；發(fā)電設(shè)備；可靠性；影響因素

中圖分類號(hào)：TM61 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）04-0179-01

1 新能源發(fā)電設(shè)備可靠性影響因素分析的重要性

2014年，中國(guó)可再生能源發(fā)電量為1.2萬(wàn)億千瓦時(shí)，占總發(fā)電量的22%。其中水電最高，核電次之，以風(fēng)電與光伏為代表的新能源總發(fā)電量為1794億千瓦時(shí)，占比僅為3.24%。按現(xiàn)有發(fā)展進(jìn)度折算，到2020年，水電與核電可能新增約3000億千瓦時(shí)，因此，風(fēng)電與光伏需要填補(bǔ)4000億千瓦時(shí)的發(fā)電缺口。風(fēng)電光伏并網(wǎng)比例必然超過(guò)5%，甚至有可能接近10%。

我們看到，傳統(tǒng)儲(chǔ)能的主要形式為抽水蓄能電站，然而抽水蓄能電站的建設(shè)由于選址的限制，很難與風(fēng)電光伏配合，因而難以滿足“十三五”新能源裝機(jī)的發(fā)展要求。因此，五至十年內(nèi)，不斷提高新能源發(fā)電設(shè)備的可靠性是解決新能源發(fā)電并網(wǎng)問(wèn)題的必經(jīng)途徑。新能源發(fā)電設(shè)備的迅速發(fā)展，可以高效地與新能源發(fā)電進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

目前，對(duì)于新能源發(fā)電設(shè)備可靠性的影響因素已日益受到了政府的關(guān)注，國(guó)家能源局已經(jīng)委托中國(guó)化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)啟動(dòng)國(guó)家儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)“十三五”規(guī)劃大綱的編寫工作，以指導(dǎo)與推動(dòng)新能源發(fā)電設(shè)備可靠性的發(fā)展。大綱編寫意見指出：應(yīng)用高質(zhì)量的新能源發(fā)電設(shè)備，提高電網(wǎng)系統(tǒng)可靠性和安全性，減少備用需求及停電損失；作為用戶側(cè)輔助電源，提高電能質(zhì)量和供電穩(wěn)定性，保障電網(wǎng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行；作為分布式發(fā)電及微電網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)，穩(wěn)定系統(tǒng)輸出、備用電源、提高調(diào)度靈活性、降低運(yùn)行成本、減少用戶電費(fèi)。

2 新能源發(fā)電設(shè)備可靠性的具體體現(xiàn)

新能源發(fā)電設(shè)備的可靠性應(yīng)以提升電網(wǎng)穩(wěn)定性為目的，可以認(rèn)為新能源發(fā)電設(shè)備所有者為電網(wǎng)與電力公司，目的是降低電網(wǎng)成本；之后又指出新能源發(fā)電設(shè)備應(yīng)在分布式發(fā)電與微網(wǎng)側(cè)發(fā)揮作用，可以認(rèn)為用電單位為新能源發(fā)電設(shè)備的所有者，目的是發(fā)揮其經(jīng)濟(jì)效益。這兩大目標(biāo)所對(duì)應(yīng)的主體結(jié)構(gòu)不一致、目標(biāo)不一致，可能不能同時(shí)達(dá)到最優(yōu)。

新能源發(fā)電設(shè)備的經(jīng)濟(jì)性應(yīng)體現(xiàn)為發(fā)電收益大于發(fā)電成本。從電網(wǎng)側(cè)來(lái)看，新能源發(fā)電設(shè)備的主要目標(biāo)是調(diào)節(jié)峰谷，減少新能源發(fā)電對(duì)電網(wǎng)的沖擊。因此，電網(wǎng)的發(fā)電收益體現(xiàn)為發(fā)電過(guò)程中所導(dǎo)致的電網(wǎng)成本的降低。

現(xiàn)階段中國(guó)新能源發(fā)電比例很小，峰谷電價(jià)等分時(shí)電價(jià)的制定無(wú)須考慮新能源發(fā)電的影響。但峰谷電價(jià)與電力需求具有正相關(guān)性，運(yùn)用可靠的發(fā)電設(shè)備可以同時(shí)優(yōu)化上述兩大目標(biāo)。然而當(dāng)新能源發(fā)電占到一定比例后，供需雙方的作用將使電力需求的峰谷結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，新能源發(fā)電不存在燃料成本，其運(yùn)行成本可以忽略不計(jì)，電網(wǎng)運(yùn)行成本由扣除新能源發(fā)電的其他發(fā)電部分決定。

可靠的新能源發(fā)電設(shè)備能夠幫助電網(wǎng)進(jìn)行調(diào)頻調(diào)峰，同時(shí)在不增加電網(wǎng)容量的情況下提升可再生能源的消納能力。但在市場(chǎng)交易中外部性是無(wú)法得到體現(xiàn)的，這就需要通過(guò)補(bǔ)貼等手段進(jìn)行調(diào)節(jié)。

產(chǎn)業(yè)方面，鑒于新能源發(fā)電設(shè)備對(duì)于可再生能源發(fā)展的重要作用，應(yīng)該對(duì)相關(guān)研發(fā)給予補(bǔ)貼與扶持。特別是在技術(shù)發(fā)展的初期階段，由于技術(shù)積累水平和市場(chǎng)規(guī)模等因素的制約，新能源發(fā)電設(shè)備可靠性的研發(fā)收益可能無(wú)法覆蓋其成本。這就需要在政策上對(duì)于新能源發(fā)電設(shè)備可靠性研發(fā)進(jìn)行扶持，在制定產(chǎn)業(yè)政策時(shí)，應(yīng)特別注意激勵(lì)機(jī)制的合理性，以避免浪費(fèi)補(bǔ)貼。

3 計(jì)及影響因素風(fēng)機(jī)可靠性分析

度電發(fā)電成本（LCoE）是指一臺(tái)風(fēng)機(jī)的安裝和運(yùn)行凈成本與該風(fēng)機(jī)壽命周期內(nèi)預(yù)期發(fā)電量的比值。度電發(fā)電成本受到若干因素的影響，其中一個(gè)關(guān)鍵因素就是風(fēng)機(jī)可靠性。多個(gè)業(yè)內(nèi)研究項(xiàng)目發(fā)現(xiàn)，變槳系統(tǒng)是對(duì)風(fēng)機(jī)故障率和停機(jī)時(shí)間影響最大的因素之一。變槳系統(tǒng)一般工作于風(fēng)機(jī)中環(huán)境嚴(yán)苛的旋轉(zhuǎn)輪轂內(nèi)，和風(fēng)機(jī)其他關(guān)鍵零部件相比，變槳系統(tǒng)面臨的環(huán)境包括極端的溫度、濕度和振動(dòng)，都會(huì)對(duì)風(fēng)機(jī)可靠性有很大的影響。盡管變槳系統(tǒng)在風(fēng)場(chǎng)的固定資本投入占比不到百分之三，與變槳相關(guān)的停機(jī)時(shí)間在風(fēng)機(jī)總停機(jī)時(shí)間中卻占到近四分之一。

3.1 不斷優(yōu)化變槳系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

在今天風(fēng)場(chǎng)在運(yùn)行大部分風(fēng)機(jī)的變槳系統(tǒng)由大約2000至3000個(gè)部件構(gòu)成，這一數(shù)字由于變槳廠家的不同而變化。穆格變槳系統(tǒng)三代由于采用了高度集成化的優(yōu)化設(shè)計(jì)，部件數(shù)量得以明顯的減少；同時(shí)，系統(tǒng)的可靠性高于大部分在運(yùn)行風(fēng)機(jī)的變槳系統(tǒng)，最高差別可達(dá)三倍之多。這將顯著降低風(fēng)機(jī)停機(jī)時(shí)間和減少計(jì)劃外停機(jī)檢修甚至定期維護(hù)的工作量。通過(guò)降低傳統(tǒng)復(fù)雜變槳設(shè)計(jì)帶來(lái)的故障率和停機(jī)時(shí)間，穆格變槳系統(tǒng)三代大幅提升了生產(chǎn)效能；風(fēng)場(chǎng)業(yè)主和主機(jī)制造商們都將從中獲益，從而在全球日益復(fù)雜的市場(chǎng)環(huán)境中變得更有競(jìng)爭(zhēng)力。

3.2 研發(fā)為本，打造完善產(chǎn)業(yè)鏈體系

風(fēng)機(jī)設(shè)備的質(zhì)量和可靠性不僅直接影響風(fēng)場(chǎng)發(fā)電效益，關(guān)乎清潔能源對(duì)傳統(tǒng)能源替代力的提升，更涉及到風(fēng)電場(chǎng)的人員生命和財(cái)產(chǎn)安全。因此，需要把風(fēng)機(jī)高可靠性放在第一位的產(chǎn)品戰(zhàn)略和研發(fā)理念，從根本上確保風(fēng)機(jī)質(zhì)量和穩(wěn)定性。

為了踐行這一理念，需要建立了以“千人計(jì)劃”專家為帶頭人、博士、碩士為主體的全球領(lǐng)先的研發(fā)團(tuán)隊(duì)，并擁有國(guó)家能源海上風(fēng)電技術(shù)裝備研發(fā)中心等先進(jìn)的科研機(jī)構(gòu)，致力于通過(guò)與客戶、供應(yīng)商、設(shè)計(jì)院、認(rèn)證機(jī)構(gòu)并行開發(fā)模式，實(shí)現(xiàn)風(fēng)電機(jī)組在設(shè)計(jì)、制造和運(yùn)營(yíng)方面的高可靠性。如華銳風(fēng)電于2008年生產(chǎn)下線的國(guó)內(nèi)首臺(tái)海上3兆瓦風(fēng)電機(jī)組，采用緊湊型風(fēng)電機(jī)組驅(qū)動(dòng)鏈及載荷分流等先進(jìn)技術(shù)，大大提高了風(fēng)電機(jī)組的可靠性和壽命，有效保證了風(fēng)電機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行，創(chuàng)下了批量穩(wěn)定運(yùn)行五年以上的業(yè)績(jī)。

3.3 立足服務(wù)，全生命周期保障方案

如果說(shuō)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)環(huán)節(jié)決定了風(fēng)電機(jī)組的先天基因的話，風(fēng)機(jī)安裝后的運(yùn)行維護(hù)服務(wù)則從后天養(yǎng)成上保障了風(fēng)機(jī)在運(yùn)行環(huán)節(jié)的穩(wěn)定性。近年來(lái)，向運(yùn)維要效益，得到了越來(lái)越多風(fēng)電場(chǎng)開發(fā)商的認(rèn)同。一位風(fēng)電場(chǎng)開發(fā)商表示，專業(yè)的運(yùn)維服務(wù)能夠?yàn)轱L(fēng)機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)可靠保障，而維修不當(dāng)反而會(huì)損壞風(fēng)機(jī)的正常性能。目前，大多數(shù)整機(jī)制造商也認(rèn)識(shí)到，高質(zhì)量的運(yùn)維服務(wù)將有效提升風(fēng)機(jī)穩(wěn)定性，加深客戶對(duì)其風(fēng)機(jī)品牌的信賴，促進(jìn)雙方共贏。

因此，對(duì)于風(fēng)機(jī)設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)，需要提出全生命周期的理念，將把風(fēng)電打造成為以裝備制造為基礎(chǔ)，以產(chǎn)業(yè)化增值服務(wù)為目標(biāo)的服務(wù)型企業(yè)，不僅保障質(zhì)保期內(nèi)風(fēng)電機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行，也為已經(jīng)出質(zhì)保的風(fēng)機(jī)保駕護(hù)航。主要需要從以下幾個(gè)方面入手：1）成立風(fēng)電有限公司，負(fù)責(zé)風(fēng)機(jī)的運(yùn)行維護(hù)服務(wù)。全面專業(yè)的服務(wù)內(nèi)容，及時(shí)的服務(wù)應(yīng)答速度和健全的備件體系使風(fēng)機(jī)故障能夠在第一時(shí)間得到解決，最大化提升風(fēng)場(chǎng)效益、保證風(fēng)機(jī)安全運(yùn)行，得到了客戶的高度認(rèn)可。2）積極利用智慧技術(shù)，打造了智慧風(fēng)場(chǎng)開發(fā)平臺(tái)，通過(guò)高精度風(fēng)電場(chǎng)功率預(yù)測(cè)、智慧風(fēng)電場(chǎng)能源管理、智能風(fēng)機(jī)監(jiān)控及預(yù)警、全生命周期風(fēng)機(jī)信息管理、智能風(fēng)機(jī)在線檢測(cè)系統(tǒng)等方式，實(shí)現(xiàn)了發(fā)電量和運(yùn)維效率的顯著提高，讓運(yùn)維服務(wù)發(fā)揮更大價(jià)值。3）從風(fēng)電整機(jī)制造商向新能源綜合解決方案提供商升級(jí)轉(zhuǎn)型的發(fā)展戰(zhàn)略。在新戰(zhàn)略下，將在立足專業(yè)化高端整機(jī)制造服務(wù)的同時(shí)，進(jìn)一步推進(jìn)產(chǎn)品技術(shù)升級(jí)，并開拓客戶服務(wù)增值、新能源產(chǎn)業(yè)投資運(yùn)營(yíng)等新領(lǐng)域，完善企業(yè)布局。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，可再生能源發(fā)電并網(wǎng)是世界性的難題，需要在合理的市場(chǎng)機(jī)制下，由電價(jià)經(jīng)濟(jì)性杠桿與儲(chǔ)能技術(shù)物理性杠桿同時(shí)發(fā)揮作用。經(jīng)濟(jì)方面的研究著眼于如何優(yōu)化資源配置，其對(duì)促進(jìn)新能源發(fā)電設(shè)備可靠性的健康發(fā)展可能更為重要。這就要求對(duì)市場(chǎng)機(jī)制的設(shè)計(jì)、價(jià)格杠桿的應(yīng)用、補(bǔ)貼政策的制定以及產(chǎn)業(yè)的規(guī)劃等一系列問(wèn)題，進(jìn)行系統(tǒng)性的評(píng)估。只有經(jīng)濟(jì)研究與技術(shù)研究?jī)蓷l腿走路，才能促使新能源發(fā)電設(shè)備具有更高的可靠性，更有效地同時(shí)實(shí)現(xiàn)改善電網(wǎng)穩(wěn)定性與實(shí)現(xiàn)盈利的兩大目標(biāo)。

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