优化风电场运维管理、提高经济效益的方法研究

2021-07-29李炳花

工程建设与设计 2021年10期

李炳花

（中国广核新能源控股有限公司，北京100070）

1 引言

电能是现代社会最重要的能源形式之一，各行各业的生产、人们的日常生活都离不开电能的供应。传统的火力发电方式会产生大量的二氧化碳，一旦碳排放量超过一定数值，全球温度将会再度上涨，人类届时将面临新的环保危机。因此，尽一切可能减少碳排放量是可持续发展理念的主旋律之一。鉴此，风力发电作为一种清洁发电方式受到了前所未有的关注。为了提高风电场经济效益，必须全面提高运维管理水平。

2 风电场运维管理工作中存在的问题

2.1 针对风电场设备全寿命周期的运维意识不足

风电场的运维管理工作是一项极其复杂的系统工程，特别是设置在我国西北与北方地区的大型风电场，超出质保期限之后的定检等运维工作均通过招投标、询价采购等形式与第三方专业机构合作开展。由此造成的后果是，风电场与第三方运维机构的工作目标不一致——为了保证发电量，运维合同中拟定的检修运维方案需要双方根据现场情况不断协调，可能无法按照全寿命周期的运维理念实施。如果风电场的运维管理工作并未委派第三方负责，业主方将面临运维成本高、检修人员缺乏的困难，导致牺牲设备定期检修运维时间的现象更加严重。此外，随着出质保风电场的大量增加，重大设备质量问题仍未得到根本控制，质保后运维工作仍然面临巨大难点和挑战。

2.2 设备故障处理处于“被动状态”

由于风电场日常运维工作量大，导致风电场有些机组设备出现故障，已经严重影响正常生产时才“被迫”维护，导致出质保后设备生产商与风电场之间的技术交流出现断层，风电场也未能针对机组设备故障的成因进行仔细分析和如实记录，致使风电机组的“一机一档”设备健康管理工作无法深入开展，直接影响设备的可利用率。

2.3 随着使用时间的累积，备品备件储备难度加大

任何设备都有寿命周期，如果前期维护工作不到位，则设备隐藏的损毁之处会越来越多。事实上，随着使用时间的累积，运维人员按需储存备品备件的难度会逐渐加大。具体表现在如下方面：

1）当前，风电机组设备的备品备件对生产厂商的依赖性极大，除了从原厂购置零部件之外，运维采购负责人员很难在市场中成功寻找到其他厂家生产的替代零部件。

2）设备更新换代的速度正在逐渐提升，加之很多零部件的供应商出现“整合”情况，导致一些零部件已经陷入停产、停售状态。面对此种情况，风电场运维工作陷入了僵局：（1）若是沿用当前的机组设备，需要额外支出成本，用以购买市场存量越来越少或处于垄断状态的老型号设备零部件；（2）如果对旧设备进行退役报废处理（同时需引入新设备），或是进行改造处理，短期内支出的成本远远超过购买老型号零部件的成本；（3）随着出质保风电场数量和机组类型不断增多，业主需要管理的备品备件数量愈发繁杂，对信息化手段等提出了更高的要求，因此，运维管理的采购工作面临极大的问题。

3 优化风电场运维管理体系，提高经济效益的有效方式

3.1 完善风电场运维管理安全性评价和技术监督工作体系

实际上，风电场提高风电设备运维管理质量的核心目的在于使设备时刻处于稳定运行状态，进而保证稳定发电，避免经济效益受到削减。在此基础上，若能不断提高设备性能，风电场的发电能力（发电效率）也会随之提升，最终实现提高经济效益的目的。由此可见，完善风电场运维管理安全评价和技术监督工作体系存在必要性。具体而言，可采取以下措施：（1）在场区内构建安全监控体系，通过信息化手段对风电设备的运行状态、风力强度、设备负载量、是否存在故障等信息进行全面监控，发现问题时需根据实际情况对单台或整组风机进行启停操作，进而对故障设备进行即时检修[1]。（2）整合风电场风功率预测数据并校验其准确性，周期性导出平均风速、有效风速等信息，进而与风机监控系统、风电场测风塔及有关部门围绕数据进行全面校验，分析风能变化趋势，做好一切运维准备工作，如在未来一段时间内，风力持续处于较高水平，意味着设备负载量会大幅度增加。在此情况下，运维人员必须依照历史记录，提前准备好备品备件，并制定系统性的设备故障检测与零部件先后更换方案，避免出现大量设备集中运维的情况。

3.2 制定运维管理及运维采购红线事项，严格遵照风电场运维管理体系开展工作

风电场运维管理人员必须科学制定风险红线事项，并遵守运维采购工作规程，严格遵照风电场运维管理体系开展相关工作[2]。风电场安全运维评价工作的结构组成如图1所示[3]。左下角闭环中提到的“评价”需要按照安全生产标准开展现场自查评价，主要内容包含加强对风电项目检修运维阶段危险源的辨别，预防并控制可能出现的设备故障，提前制定应急处理机制。基于该目的编制风电场风险红线事项后，所有运维环节均需严格遵守相关规程。风电场运维管理体系成功构建的目的在于提高运维检修效率，希望最大限度地提高设备检修成功率。围绕该体系开展的相关工作在生产计划、安全保障、评估标准、有效手段等方面的结构体系如图2所示。

图1 风电场安全运维评价体系结构示意图

图2 风电场运维管理体系与其他控制环节关系示意图

3.3 多措并举加强运维期采购集约化管理水平

为提升风电场运维期经济效益，确保备品备件及时、价廉的供给。首先，应制定完备的集约化采购策略及标准的运维采购工作程序，可以通过签订框架协议的形式保证同一风机品牌备件的高效供应，也可以通过集中采购对某些通用性强的易耗品（如碳刷、滤芯）及油品形成规模采购。其次，完善的供应商寻源机制可以解决部分老旧或垄断备件的替代问题。最后，完备的信息化手段，例如，电子商城等采购平台，是“互联网+”形势下加强备件联储供应的良好实践。

3.4 围绕风电场设备“退役改造”提升经济效益开展相关工作

3.4.1 我国风电场1.5 MW及以下机组未来10年分阶段退役改造需求的潜力预测

目前，我国已经成为全球最大的风电市场，我国设定的目标为：在2030年前使碳排放量达到峰值，之后逐渐降低；到2060年前后，全面成长为实现“碳中和”目标的中坚力量。截至2020年年初，我国风电并网容量已达到2.1×108kW[3]。按照风电场设计和运营期20～25年的一般标准，大量风电设备除了常规运维之外，未来10年内分阶段退役及改造相关需求值得审慎考虑。如图3、图4所示，我国风电场各容量分类的机组设备在未来10年内面临的改造压力较大。

图3 2021—2025年我国风电场机组设备分阶段退役及改造面临压力预估

图4 2026—2030年我国风电场机组设备分阶段退役及改造面临压力预估[4]

3.4.2 围绕原有机组进行技术改造方案的成效预估

目前，我国风电场机组设备整体运维的备选方案中的第一个方案即为对所有风电场机组设备进行全面改造（少量已经彻底达到退役报废标准的设备除外）。具体的运维改造思路为：继续使用原有塔筒、电气设备，只扩大设备叶片长度等，可提高机组设备的单位发电效率，同时减少资金投入。但是，此方法无法增加设备使用寿期。

3.4.3控制发电及改造总规模的前提下，部分机组提前退役并更换新机组的成效预估

我国风电场机组设备整体运维的备选方案的第二种改造方案为，对每年的总体改造规模进行控制，对一些剩余价值不高的机组设备进行提前报废（退役）处理，在成本及经济效益得到有效控制的情况下完成新设备的更换。比如，将风电场中1/2或1/3的1.5 MW机组设备替换为更高容量（如3 MW、5 MW等）的变桨风电机组，将原有设备作为一种备用发电设备，投资成本可控制，收益可期。

3.4.4 所有机组一次性提前退役并更换新机组的成效预估

如果一次性对所有机组设备进行提前退役，全部更换为新的机组，则根据我国现实情况，尽管长期收益率加上原项目残值也较为可观，但前期投资巨大，仅靠风电企业几乎无法承受。