浅析优化风电场运维管理提高经济效益的方法

文 | 杨金宝，查显宝，张健，白文斌

浅析优化风电场运维管理提高经济效益的方法

文 | 杨金宝，查显宝，张健，白文斌

中国风力发电在经历了爆发式增长以后，已逐渐转向了稳步发展的时期。随着我国运行风电机组数量的逐年增多，风电运维市场已成为行业关注的新增长点。而目前根据风电整机制造商与开发商的合同约定，风电机组的质保期一般在3至5年。面对质保期后的风电运维，如何实现风电机组价值的最大化，如何实现开发商利润的最大化，已成为开发商关注的重点。开发商、整机厂家和第三方企业均利用各自的优势，争先整合资源，推行精细化管理，努力提高风电场的经济运行水平。

摄影：朱杰

风电场运维管理的现状

目前，国内风电场质保期后的运维管理，基本是以开发商自行运维为主，部分采用开发商与整机厂家或第三方合作运维，还有部分采取将风电机组系统分模块外包运维的方式。在现阶段开发商十分重视年度发电量指标考核，而对20年全寿命周期运维重视不足，未形成系统的全寿命周期运维方案。虽然开发商在风电场运行管理方面经验丰富，但因未完全掌握风电机组的核心技术，在风电机组运维检修经验方面稍逊一筹。

同时，随着风电场装机容量不断扩大，以及适应电网要求的可靠性和运行质量要求越来越高，如何使风电机组达到最佳运行状态，产生更大的经济效益，运用科学方法加强风电场运维管理显得越来越重要。

风电场运维管理存在的问题

风电场运维过程中存在着各种各样的问题，合理解决这些问题将是提升经济运行水平的关键。

首先，为保发电量，牺牲定期的检修运维问题比较严重。开发商20年全寿命周期的运维意识不强，短期行为较多，造成了推迟定检、简化定检的现象普遍存在，且开发商不参与整机厂家的运维过程，或参与程度较低（如定检、验收等），造成了定检的质量难以控制与保障。

其次，风电机组运行故障被动处理，风险意识不足。一方面风电机组在质保期内，开发商缺少与整机厂家现场运维互动交流，未充分掌握风电机组的故障情况及处理过程；另一方面故障深入分析较少，未形成全面的风电机组历史故障档案。

第三，随着运行时间延长，备品备件储备难度越来越大。关键部件的备品备件对整机厂家依赖性强；因部件供应商不断整合，越来越多的部件已经停产或停售，造成备品备件不能供应，且备件价格越来越高；同时风电场运行条件的恶劣性，决定了备品备件的替换不能随意进行。

第四，开发商对出质保后可能存在的困难评估不足。国内除较少的开发商外，大部分开发商均开发风电时间不长，未经历20年全寿命周期的管理，对出质保后随运维时间延长会出现何种问题均不能进行有效的评估。

风电场运维的各类问题层出不穷，且涉及到各个方面，从细节、小处着手，向管理要效益，解决运维管理中存在的问题，是提升经济运行水平的主要手段之一。

优化风电场运维管理的几点方法

优化风电场运维管理的主要目的是提高风电场经济运行水平，而提高风电场经济运行水平的实质，就是在不增加或小幅增加投入的前提下，通过有效管理，保障设备发电量增长，其核心是研究如何提高发电量。

提高发电量的手段，主要是控制好两个方向，一是保障稳定性，减少发电量损失；一是优化机组性能，提高发电能力。

影响经济运行水平存在着众多的关键因素，如机组运行可靠性、管理计划有效性和人员效率、备件因素、设备检修与运维方法、电网和环境因素等等。本文重点从风电场运维管理的角度，阐述通过优化管理的细节，实现发电量提升的方法。重点从机组故障分析管理、定检管理、主动预防性维护、人员能力管理、运维方式管理、备品备件管理、性能优化与改进等方面进行说明。

一、故障分析管理

目前，各整机厂家均建立了云平台技术远程监控系统，有专门的技术攻关队伍，可系统性、创造性的解决问题。因此，开发商从质保期内开始，需主动参与整机厂家的故障分析与处理，并保留故障处理记录，建立自己的每台机位故障档案。并从风场并网调试开始，安排相应的检修人员介入或与整机厂家联合培养，尽早培养运维人员，以保障自行运维能力。同时，通过参与风电机组故障的分析与处理，掌握整机厂家对机组故障的详细分析，了解故障对机组的影响及风险，以便决策运维方式，如维护、维修、更换、优化等。

二、定检管理

（一）因地制宜，推行差异化维护检修策略

根据工程建设情况，风电场调试并网一般多为11月到次年3月，按正常标准，年度定检也应在此11月到次年3月。而北方地区此段时间一般为大风季节，因此结合机组并网时间，合理微调年度定检时间，提前或延后进行，选择小风季进行维护定检尤为重要。同时，充分利用开发商的风能资源预测系统，根据实际运行情况指导日常维护，对易耗品类部件（如碳刷、滤芯等）的更换也需要因地制宜。如图1，这是河北某风电场全年月度风速图，从图中可以看出，6－9月为低风月，为全年定检维护的最佳时机，12－3月为大风月，不适合大面积开展定检维护工作。

（二）开发商重视并参与定检维护的质量控制

保质期内定检不仅是整机厂家的事，开发商要派人参与定检及验收，监控定检质量；并需要处理好保发电量与定检的矛盾，不按时定检虽可保障短期利益，但长远看会影响机组整体运行；且及时定检，可避免被动性检修，避免问题扩大化、长时间停机等。维护的不足或过度，均不利于风电场的经济运行，因而，风电场需要不断完善和选择最佳的维护区间。维护不足，会造成设备故障增多，设备隐患状态运行，维护成本增加；维护过度，会造成维护成本增加，降低了设备运行时间，运行成本增加，如图2所示。

图1 河北某风电场全年月度风速图

三、主动预防性维护

预防性维护，主要是指针对设备可能出现的问题提前采取预防性措施，防止问题发生。风电机组有较多系统均可进行预防性维护，例如传统变桨系统蓄电池测试、变流器散热系统维护、齿轮箱散热系统维护、齿轮箱油品检测、液压站油品检测等等，充分发挥运行检修联动，实现预防性维护管理。

小风“待机”时，是实施预防性维护的最好时机。若在风电场远程监控系统中发现，小风时风电场全场机组均在“待机”状态，而没有机组在“维护”状态，说明没有很好的利用时机进行预防性维护。较为典型的预防性维护举例说明如下。

例1：超温故障，提前预维护散热系统（见图3）

为保障机组散热，在高温期来临前，应提前在小风时进行清理、检查（特别是春天柳絮、杨絮较多或风沙大的地区），避免高温时机组频报超温故障。包括变频器滤网清理、检查变桨驱动器散热风扇、齿轮箱风冷散热系统清理等。

例2：多次复位，及时预处理（见表1）

运行中发现的小问题、频繁多次的复位性故障（复位后未及时检查维护），应在小风时（或日常维护时）及时处理，有时虽暂时不影响运行，但此时设备可能已出现损伤，应进行预防性维护；同时，运行人员与检修人员应加强沟通，遇到频发可复位故障，不要反复复位，应安排人员检查。如表1示例中齿轮箱油温故障。

例3：齿轮箱油温监控，提前预清理（见图4）

某些品牌机组，其某一设备温度超限后，机组会限功率运行。如该例，齿轮箱油温超过75度，机组会自动限功率运行；因此，在油温超过70度时，应及时发现并安排进行齿轮箱散热系统清理。

图2 运行费用与维护关系图

图3 昆明在3月前、松原5月前需清理滤网

图4 齿轮箱油温实时监控

表1 齿轮箱油温超温复位

例4：充分利用天气预报信息，合理安排预维护（见图5）

利用未来3天的天气预报信息，分析风速、气温变化、降雨等情况，合理安排预维护计划。

（一）人员能力管理

1 提高值班人员的意识和水平

值班人员不是单纯负责风电机组的启停及故障报告，而是要掌握查看风电机组监控信息的方法，根据开发商与整机厂家共同制定的关键监控参数，及时发现机组的异常趋势或状况，安排检修人员及时检查处理。例如风向标松动或结冰，对风不准，导致风电机组功率低于其它机组；叶片或风速仪结冰，导致功率与风速不匹配；多台机组报相同故障；某台机组某部件温度明显高于其它机组等。

图5 某风电场未来3天天气预报信息

图6 风电机组运维工作工时解析图

2 优化风电场人员工时资源配置

记录风电场各项工作的人工时，并进行分析；根据风电场人员工时占比，确定优先降低人工时的方向。例如通过增加人员技能培训等手段，可有效降低故障消除所占工时比例；通过外包方式在短期内增派人员，缩减定检停机时间，提高可利用工时数（见图6）。

（二）运维方式管理

据了解，国际上风电场运维管理的方式，经过多年的发展，经历了较为漫长的转变过程。在风电市场发展前期，开发商为节省成本选择自己运维，但因核心技术的缺失、全生命周期备品备件解决能力欠缺、备件成本及人员成本增加，开发商独立运维成本越来越高。随后，因第三方运维公司运维机型多、运维经验丰富，且运维成本相对合理，开发商选择了由第三方运维公司，但再经历一段时间发展后，因第三方公司同样缺少核心技术，不能实现机组技术及部件的持续优化和改进，机组经历几年运行后无法长期保持良好的状态。最终开发商选择跟整机厂家合作运维，以实现全生命周期内机组持续良好健康运行，达到控制成本的持续优化。

面对巨大的市场机遇，风电开发商、整机厂家、第三方企业均已行动起来，希望在风电场运维方面分得一杯羹。这三种力量也都具有各自的优缺点。开发商往往资金雄厚，有较好的运行管理经验，可打造自己的运维队伍，但对风电机组性能核心技术缺乏专业的了解，对备品备件的供应或替换缺少技术支持。第三方企业运维经验丰富，具有较好的性价比优势，但各机型核心技术欠缺，不利于机组的长期运维，市场空间有待开拓。整机厂家对设备性能烂熟于心，旗下的运维公司经历了机组的安装调试和运维服务，具有丰富的运维经验，掌握机组核心技术，可最快的实现机组持续优化及个性化参数设置。

根据风电运维市场发展的规律，了解了这三种力量运维的优缺点，对开发商来说，正确选择合适的运维方式，对提高经济运行水平尤为重要。目前国产风电机组普遍存在质量参差不齐，运维人员技术较差等问题，而开发商初期运维更重视保持风电机组运行，轻视了维护和保养，为未来风电机组运行埋下了隐患。为抢占市场，从事运维的企业都把检修和维护价格压得比较低，且没有价格标准和质量标准。因此，与整机厂家合作，打造“运检一体化”合作运维模式，将会是未来最优的运维方式。尽快对运维的范围和质量水平建立有效的标准，建立长期的运维规划，共同致力于优化成本和提高效益，将会是未来风电场运维的发展方向。

（三）备品备件管理

备品备件的供应与成本，一直是开发商关注的焦点。虽然市场上有各种不同的零部件供应渠道、特殊的修理、部件的修理等，但部件的质量控制将是很大的挑战。整机厂家无论从备品备件的供应来源，还是从备品备件的质量控制，都具有先天的优势。供应来源于其战略合作伙伴，即使停产设备的备件，整机厂家也会通过各种技术论证和现场试验，找到合适的替代品，而不是其它运维企业随便从市场上购买类似产品。

从运维的效益和质量上看，开发商与整机商建立联动的保障机制，合作建立联合库房将是一种双赢的策略。开发商每年支付一定比例的费用，由整机厂家负责备品备件的储备与管理，利用整机厂家较好的物流体系，可保障所有各类备件的快速响应。

（四）优化机组性能，提高发电能力

利用开发商与整机厂家合作运维的模式，开发商可与整机厂家保持密切沟通，实现信息共享，优先获得机组的最新技术、最新性能优化方案等信息，可优先实现机组的性能优化，获得收益提升。

通过对特定风电场和特定机组进行性能和运行状况评估，有针对性地优化、改进和升级，可达到风电机组发电量提升的效果。随着新技术、新材料的应用，多项性能优化可一一实现，如偏航对风校准解决方案、主控程序优化方案、叶片加长改造解决方案、涡流发生器等，这些风电机组增功技术预计可以提升5%－8%的年发电量，针对典型的5 万kW风电场，假设年平均可利用小时数为2000小时，年发电量提高5%，可以增加500万kWh，以0.6元/kWh计算，每年新增收益约300万人民币。

结语

风电作为我国的第三大能源产业，风电运维行业蕴含着巨大的市场需求。这更要求风电场的运维管理与时俱进，尽快建立清晰的运维标准和完善的运维评价体系。利用各种专业化、智能化的管理手段，整合数据资源，控制管理细节，实现高效运维，创造更佳的盈利能力，全面提高经济运行水平，使开发商的运维成本大幅下降，获得更好的经济效益和社会效益。

（作者单位：杨金宝，张健，白文斌，北京国电思达科技有限公司；查显宝，国电联合动力有限公司）