技改，以創(chuàng)新為風(fēng)電場再添活力

本刊 | 孫一琳

中國風(fēng)電經(jīng)過十余年的規(guī)模化發(fā)展，現(xiàn)有存量風(fēng)電機(jī)組眾多。2019年，中國風(fēng)電累計并網(wǎng)容量達(dá)到2.09億千瓦。早期受制于技術(shù)和經(jīng)驗等方面的不足，部分投運(yùn)機(jī)組運(yùn)行表現(xiàn)不佳，不僅無法充分利用風(fēng)能資源，而且經(jīng)過多年運(yùn)行，設(shè)備性能指標(biāo)開始下滑，經(jīng)濟(jì)性和安全性等問題凸顯。如今，平價上網(wǎng)開啟了中國風(fēng)電的新紀(jì)元，而技改作為一項資本性投資則是存量風(fēng)電場擺脫舊時限制，在新時代持續(xù)發(fā)力的重要手段。

釋放創(chuàng)新活力 追趕數(shù)字化浪潮

多數(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展都會在技術(shù)創(chuàng)新的驅(qū)動下經(jīng)歷頻繁的更新?lián)Q代，風(fēng)電行業(yè)也是如此。多年來，我國風(fēng)電裝備制造業(yè)的技術(shù)由初期引進(jìn)、吸收，發(fā)展至當(dāng)下具備整機(jī)自主研發(fā)能力，機(jī)組譜系不斷豐富，已擁有適應(yīng)我國各種特殊環(huán)境和不同風(fēng)況條件的機(jī)型。相關(guān)技術(shù)不僅應(yīng)用于新機(jī)組之上，也在舊機(jī)組上充分釋放創(chuàng)新的活力，以提升風(fēng)電機(jī)組的發(fā)電性能及機(jī)組運(yùn)行的安全性和可靠性，是“以舊迎新”的核心。

潤陽能源技術(shù)有限公司總工程師劉昊表示：“早期風(fēng)電機(jī)組設(shè)計上會比較保守，同時受技術(shù)限制，風(fēng)輪直徑相對較小，無法有效利用風(fēng)能資源。利用新技術(shù)對這部分機(jī)組進(jìn)行提效技改是市場上最為常見的需求?！币訫Y1.5-82機(jī)型為例，該機(jī)組在低風(fēng)速條件下存在載荷設(shè)計余量，根據(jù)其翼型及風(fēng)能資源特性對葉片加長和控制策略優(yōu)化升級后，增加風(fēng)輪掃風(fēng)面積和提升氣動效率，單臺機(jī)組發(fā)電量提升可達(dá)10%以上，大大提高了風(fēng)電場收益，并且可使業(yè)主在3～4年內(nèi)收回技改投資成本。據(jù)了解，葉根加長、葉尖延長、葉片加裝格柵襟翼、加裝渦流發(fā)生器、優(yōu)化葉片翼型結(jié)構(gòu)等葉片改造均可以提高葉片捕風(fēng)能力，提升發(fā)電量。

除了針對葉片進(jìn)行技術(shù)改造提高葉片捕風(fēng)能力之外，對主控系統(tǒng)、變槳系統(tǒng)、齒輪箱等進(jìn)行一系列創(chuàng)新優(yōu)化能夠提升風(fēng)電場收益回報。

提效技改雖是市場主要需求，但并非剛需。對風(fēng)電場來說，提高機(jī)組運(yùn)行的安全性和可靠性更加迫在眉睫。

比較典型的例子就是“治療”引進(jìn)設(shè)備的“水土不服”。歐洲地區(qū)雷電活動較少，立足于該地區(qū)的葉片制造企業(yè)所生產(chǎn)的葉片防雷系統(tǒng)設(shè)計耐受水平普遍較低，相關(guān)產(chǎn)品不適用于我國強(qiáng)雷暴區(qū)域。一段時期內(nèi)，我國機(jī)組、葉片因雷擊遭受損失的比例不斷擴(kuò)大，必須加強(qiáng)對葉片的雷電防護(hù)，以保護(hù)機(jī)組在雷雨季的安全運(yùn)行。意識到這一問題之后，業(yè)主、整機(jī)企業(yè)與第三方企業(yè)積極展開合作，剖析原生防雷系統(tǒng)缺陷，鉆研葉片雷擊損傷特點及接閃原理，最終成功在葉片表面加裝雷電導(dǎo)流條，有效增加葉片對雷電的接閃范圍，降低了葉片因雷擊造成損失的比例。

上：潤陽能源對某風(fēng)電場風(fēng)電機(jī)組的葉根進(jìn)行加長技改

下：山西渾源大唐某風(fēng)電場風(fēng)電機(jī)組葉片加長項目

早期技改主要以問題為導(dǎo)向，針對機(jī)組設(shè)計和運(yùn)行中暴露的缺陷進(jìn)行改造，但在信息化、數(shù)字化、互聯(lián)網(wǎng)的時代大背景下，越來越多的業(yè)主、整機(jī)企業(yè)和服務(wù)商意識到用數(shù)字化技術(shù)“武裝”風(fēng)電場的重要性。無論是風(fēng)電裝備制造環(huán)節(jié)，還是風(fēng)電場運(yùn)維環(huán)節(jié)，都引入大量數(shù)字化技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，并尋求更加智能化、精細(xì)化的解決方案。數(shù)字化轉(zhuǎn)型不僅僅是一個潮流，它將推動風(fēng)電場全生命周期的深刻變革。

維斯塔斯在全球范圍內(nèi)擁有超過1.13億千瓦的裝機(jī)容量，掌握著海量風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)，通過大數(shù)據(jù)分析及人工智能運(yùn)算，可以預(yù)測和分析診斷風(fēng)電機(jī)組的各項指標(biāo)，為風(fēng)電場帶來切實的效益是該公司孜孜追求的目標(biāo)。維斯塔斯服務(wù)銷售負(fù)責(zé)人Guillermo Manzo提出，“隨著平價上網(wǎng)時代的到來，我們越來越多地關(guān)注風(fēng)電場的可預(yù)測性，利用大數(shù)據(jù)分析，提高風(fēng)電場智能化運(yùn)行水平，為客戶帶來更好的服務(wù)體驗，創(chuàng)造更大的價值收益。”

與陸上風(fēng)電相比，海上風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行環(huán)境更加惡劣，作業(yè)窗口期更短。目前，海上風(fēng)電在我國發(fā)展還處在規(guī)模化發(fā)展的初期階段，但有機(jī)構(gòu)測算，海上風(fēng)電項目技改的投資規(guī)模在“十四五”期間將達(dá)到1250億元。中國廣核新能源控股有限公司運(yùn)維事業(yè)部副總經(jīng)理成和祥指出：“海上風(fēng)電將會向深遠(yuǎn)海發(fā)展，考慮到環(huán)境的特殊性，技改的重點在于預(yù)測預(yù)警研究和冗余設(shè)計方面。為盡可能減少出海、降低使用大型船機(jī)設(shè)備的頻率，預(yù)測預(yù)警研究越早開展越好。”該公司正在聯(lián)合科研院所、專業(yè)研究機(jī)構(gòu)、整機(jī)廠商，運(yùn)用信息化、智能化手段開展相關(guān)研究，已進(jìn)入驗證測試階段。隨著研究工作的深入，預(yù)測預(yù)警系統(tǒng)能通過技術(shù)改造進(jìn)一步嵌入到風(fēng)電場運(yùn)行環(huán)節(jié)中。

未來，要真正實現(xiàn)風(fēng)電場的精細(xì)化、系統(tǒng)化發(fā)展，必須追趕數(shù)字化浪潮，大力推進(jìn)智能化進(jìn)程。

建立技改規(guī)范 恪守安全底線

現(xiàn)階段，大多數(shù)企業(yè)內(nèi)部擁有獨立的技改標(biāo)準(zhǔn)，但行業(yè)缺乏通行的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。究其根本，是因為技改屬于定制化產(chǎn)品，每個項目之間有較大差異，其綜合效果難以準(zhǔn)確評估，短期業(yè)內(nèi)無法形成可執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)。但長此以往，市場難免會陷入質(zhì)量參差不齊、魚龍混雜、低價競爭的混亂狀態(tài)。

針對于此，有專家表示，應(yīng)從設(shè)計研發(fā)階段的規(guī)范化管理著手。風(fēng)電設(shè)備的設(shè)計宜呈現(xiàn)多元化以適應(yīng)各異的環(huán)境要求，但也應(yīng)遵循一定的標(biāo)準(zhǔn)，如此有助于未來批量化技改工作的有序開展。

與此同時，在追求效益提升的路上，安全是行業(yè)必須恪守的底線。多位受訪者向本刊記者表示，所有技改都要在保障風(fēng)電機(jī)組可靠性、穩(wěn)定性與安全性的前提下進(jìn)行價值創(chuàng)造，這也是全行業(yè)的共識。

早些年，各方更多聚焦于技改帶來的發(fā)電量提升，而忽略了對機(jī)組安全性帶來的影響。機(jī)組吸收更多風(fēng)能，往往會導(dǎo)致載荷的提升、系統(tǒng)的失配，由此埋下了不少安全隱患。北京鑒衡認(rèn)證中心解決方案副總監(jiān)孫少華舉例說：“一些機(jī)組被加高塔架或移機(jī)后，使自身所處環(huán)境及周邊環(huán)境發(fā)生了變化，不僅本身載荷會增加，還會對其他機(jī)組的風(fēng)況條件產(chǎn)生影響，致使其他機(jī)組疲勞載荷加大；機(jī)組在進(jìn)行控制策略優(yōu)化或更換部件后，可能影響部件的工作條件，導(dǎo)致超負(fù)荷工作?！?/p>

這些安全隱患，輕則可能增加機(jī)組故障，影響機(jī)組和部件使用壽命；重則會引發(fā)機(jī)組倒塌，發(fā)生機(jī)毀人亡的重大安全責(zé)任事故。因此，技改必須進(jìn)行安全評估，通過分析和試驗手段來驗證改造后部件的安全性和有效性，用科學(xué)的管理和技術(shù)手段避免上述問題的發(fā)生。

對于需要在復(fù)雜環(huán)境下穩(wěn)定運(yùn)行20年以上的風(fēng)電設(shè)備而言，開發(fā)商和技改主體應(yīng)當(dāng)高度重視，恪守安全底線。

深度技改為機(jī)組延壽

隨著越來越多的機(jī)組服役年限開始接近或已經(jīng)達(dá)到設(shè)計壽命，對這批機(jī)組的處理也將成為后市場服務(wù)的重要組成部分。

對于接近服役期限的機(jī)組，是進(jìn)行深度技改為其延壽還是重新安裝新機(jī)組，需要業(yè)主做出抉擇。早期機(jī)組的技術(shù)成熟度相對較低，故障率偏高，而后期技術(shù)成熟度快速上升，機(jī)組發(fā)電量和可靠性都有一定保障。相對而言，對早期機(jī)組進(jìn)行延壽，存在更高的風(fēng)險。但在2025年前后，延壽相對于安裝新機(jī)組的優(yōu)勢迅速提升。

基于中國可再生能源學(xué)會風(fēng)能專業(yè)委員會（CWEA）的歷年裝機(jī)容量統(tǒng)計可以看出，中國有巨大的延壽市場，預(yù)計相關(guān)需求會在2020―2025年出現(xiàn)，2025年之后市場會激增。就我國裝機(jī)情況來看，2020年前國內(nèi)面臨延壽的機(jī)組容量1MW以下居多；2020年之后將陸續(xù)有2MW及以下的機(jī)組需要延壽，但依舊以1MW及以下的機(jī)組為主；2025―2030年，將逐漸以1～2MW機(jī)組為主，1MW及以下機(jī)組逐漸退出延壽市場。

Guillermo Manzo在受訪時分析：“對于老舊風(fēng)電場和風(fēng)電機(jī)組，業(yè)主面臨著安全性、經(jīng)濟(jì)性等諸多方面的挑戰(zhàn)。針對這種情況，可以通過收集風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行載荷分析及模擬，計算出機(jī)組結(jié)構(gòu)部件的已消耗壽命及剩余壽命，進(jìn)行全面的健康檢查來評估機(jī)組現(xiàn)狀。”維斯塔斯能為風(fēng)電項目提供多種延壽計劃，通過優(yōu)化資產(chǎn)、長期運(yùn)維合作方案及遍布全球的備品備件供應(yīng)鏈，提供定制化組合方案，最大限度提高風(fēng)電場盈利能力。

圖1 中國運(yùn)行期超過15年的機(jī)組歷年臺數(shù)

圖2 中國運(yùn)行期超過20年的機(jī)組歷年臺數(shù)

至于是否要對風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行深度技改，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行機(jī)組延長壽命成本和效益的評估，從技術(shù)、項目經(jīng)濟(jì)性及金融風(fēng)險等多方面進(jìn)行分析，確保風(fēng)電業(yè)主投資回報的效益最大化。Guillermo Manzo表示：“基于風(fēng)電場評估與經(jīng)濟(jì)性分析，如果深度技改和延壽無法為風(fēng)電場創(chuàng)造更多經(jīng)濟(jì)價值，維斯塔斯還可以為客戶提供新機(jī)替換的解決方案，同時借助全球布局，幫助客戶處理被替換的老舊機(jī)組。”

業(yè)主掌握風(fēng)電場往年運(yùn)行參數(shù)，上述大部分?jǐn)?shù)據(jù)都可以被較為準(zhǔn)確地預(yù)估和分析。相對而言，政策和電價是不確定因素。

有專家指出，歐洲基本采取無補(bǔ)貼平價上網(wǎng)的模式，延壽的經(jīng)濟(jì)性主要受電價的不穩(wěn)定性影響。在我國，延壽的經(jīng)濟(jì)性和決策在早期主要受政策和相對較高的故障率影響，在后期主要受電價影響，包括延壽機(jī)組是否采用原定電價和補(bǔ)貼、后期電價是否隨市場進(jìn)行波動等。

目前，我國對于項目運(yùn)營期滿后資源如何重新配置尚無明確政策，延壽項目電價也無具體規(guī)定，但相關(guān)部門已經(jīng)關(guān)注到產(chǎn)業(yè)的迫切需求。遼寧省發(fā)展改革委2019年公開就現(xiàn)役風(fēng)電機(jī)組更新項目事宜征求社會意見，支持現(xiàn)役風(fēng)電機(jī)組更新項目建設(shè)，這為行業(yè)釋放了一個積極的信號。

與此同時，行業(yè)在呼吁相關(guān)部門關(guān)注電價政策空白的同時需要注意，在沒有明確政策的情況下，延壽方案的經(jīng)濟(jì)性研究需更謹(jǐn)慎。專家提醒，特別是面對全面平價上網(wǎng)時代的到來，企業(yè)應(yīng)及早開展延壽規(guī)劃，并確保延壽方案具備足夠經(jīng)濟(jì)性，能實現(xiàn)較高回報率以應(yīng)對各種情況。