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          CWPM2021:風電場對于風輪葉片提質增效的技術需求與研究

          2021-07-31 來源:東方風力發電網 瀏覽數:1913

          鄭磊:大家好,我是來自華能清潔能源研究院風電技術改造部的鄭磊,很高興今天有機會可以參加這個葉片運維技術方面的論壇。

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            鄭磊:大家好,我是來自華能清潔能源研究院風電技術改造部的鄭磊,很高興今天有機會可以參加這個葉片運維技術方面的論壇。
            
            大家都說運維跟技改不分家,所以這次我主要是淺談一下風電場對于風電葉片提質增效的技術需求方向。其實這個題目看起來很大,所以為了在20分鐘的時間內,我盡可能的給大家多留下一些印象,所以我主要是分五個方向來跟大家介紹一下我們對于相關的題目是如何理解以及如何詮釋的,從我們的角度講,希望我們通過這次討論會的宣講,然后給大家一些啟發,或者說給大家一些想法方面的建議,可以起到拋磚引玉的作用。
            
            第一部分是發展背景,其實我們都知道,習近平主席在七十五屆聯合國大會上發表了中國講話,其中涉及到碳達峰和碳中和兩個重要的時間節點,其實他對于我們能源電力領域未來的長期可持續發展是非常重要的一個信號和指標,我們也更加堅定了我們在可再生能源方面不斷的發展努力的前進路線。
            
            華能集團布局大力發展風能、太陽能一系列的可再生能源。實際上華能集團清能院作為華能集團指數的清潔能源技研發機構,我們主要從事是清潔能源的關鍵設備研制和工程實施。作為集團技術研究機構,其實我們涉及到的部門我已經列出來了,這些部門在發展方向方面,現在已經凝練出與我們業主或者說與我們相關的數據分析,或者說技術發展相關的一些科研領域方面的內容,對于我們而言,主要是風電改造提質增效,然后在業內實際上我們早已經有人提出補貼退潮將加快風電產業從初創到發展的速度。“十四五”我們都會進行加快提質增效的工作,所以說這次我就借這個機會來分享一下我們對這個東西的看法和理解。
            
            一提到風電的提質增效,其實我們可以涉及到很多方面的內容,包括比如說風輪的系統,控制系統,數據采集監控系統、偏航系統等等,其實都在相關的技改工作里。我這次主要講的是風輪葉片方面和風輪系統方面對于風輪系統的技改其實主要是指風輪葉片的技術表現,然后它的設計和技改對象或者說是技改的系統實際上主要是風輪系統,但是不僅僅包含風輪系統,他還包括對應的控制系統,他會很大的影響機組的載荷,從而影響風輪系統的設置。除此之外,數據采集系統和監控系統作為控制系統的輸入,而變槳系統和偏航系統也都是是可以的。以我的了解,它對應的是風輪系統具備的風能轉化為機械能的能力,以及風輪系統持續捕獲風能轉化為機械能的能力,所以說我們會對應著有一系列的技改方案,比如包括葉片的更換延長,氣動部件以及葉片降噪、葉片防雷等等,從這個角度來講,其實就是我們能見到的市面上絕大部分的技改工作。但是我覺得這僅僅是我們技改工作的第一個層面,這就是我講的不管是提質還是增效,我們仔細想一想,他實際上解決的都是我們對于現在對于需要技改的機組的性能需要的技術改造。什么意思呢?就是五年前、十年前我們的機組對于現在來講它技術可能已經落后了,對于這樣的機組,我們現在的技術對它進行更新和升級來保證相關的機組性能能達到我們現在最先進的科學發展進步的水平,這樣來提高我們風電場持續運行能力,但是這對于持續提升風力發電機組的發展是遠遠不夠的。為什么?主要的原因是我們下來在技改過程中,特別擔心的一點就是對于五年前或者是十年前有待技改的機組,實際上它的設計安全性、工藝的可靠性、質量的穩定性,我們不確認。甚至說我們找到整機廠商和部件廠商,他們也無法完全確認,主要的原因就是因為他們的技術也在不斷的進步。從這個角度講,我們實際上需要對我們現在技改的對象以及他們同批次的產品的質量有一個不斷更清晰認識的把握和探究,從而我們可以把擴展性能的技術改造延展為擴展潛力型的技術改造,然后來盡可能的挖掘我們風電場本身或者是風電發電機組的安全裕度,在這個范圍內盡可能的挖掘他的潛力,從而挖掘他的價值,這個也只是我們現在能看到的情況。
            
            我們都知道,作為技改而言,實際上我們有一個時間跨度,就像我們剛才講的落后技術的升級,實際上是以現在為時間點看五年前的產品,那么我們想一下,如果在五年后,或者是十年以后,站在那個時間點再看我們現在的產品,現在我們的大容量風力發電機葉片我們如何對現在的產品進行技改?大家有沒有想過?換一句話來說,這方面的思考,其實有助于我們對未來技術發展的把握,這個我們稱之為創造潛力型的技術改造。
            
            這個部分我們可以看到挖掘潛力型的技術改造,我們可以把它分為風電場資源的潛力挖掘以及風力發電機組安全方面的挖掘,說白一點就是把我們的技改和風力發電聯合在一級,它實際上就是體現在風力發電在未來十年內的技術發展方向,我們不再單單把它作為一個時間點來考慮十年、二十年的壽命,而考慮它的技術、運輸、運維以及相關的技改的需求方面,把它全方位的進行設計和改造,它會涉及到每一個產品的細節化、結構的精度化,以及組件的提升等等,然后我們可能比如說在葉片的降載,包括機組的控制系統升級改造方面做相關的內容。
            
            因為我們這次主要是一個運維方面的技術論壇,所以接下來的內容我會針對擴展性的技術改造的相關工作進行一個詳細的說明,而對于挖掘潛力和創造潛力我們以后在葉片設計或者是風電場開發的討論的時候再做詳細的介紹。
            
            對于我們華能或者說以清能院的角度來說,這三種不同的技改我們采用的態度也是有差別的,對于擴展性的技改,我們更偏向于從評估和集成的角度跟大家來合作,而對于潛力挖掘型主要是采用合作和引導,而創造潛力型主要是創新和引領。
            
            然后對于現階段的技術需求來說,我們通常情況下會看到類似這樣的一個表格或者是圖表,他列出了我們現在在風電場可能遇到的各種各樣的特殊情況,以及包括機組性能的不如意的地方。當我們把這些調出來以后,從而選擇對應的技改方案,來起到提質增效的作用。這一塊兒我不詳細展開,我這一塊兒就是想問一個問題,大家一定會說你們作為一個業主方,然后去跟整機廠商比拼整機的技改,你們有優勢嗎?我剛才講了,其實我們更多的是采取評估和相關合作的方式開展,主要的原因是我這里以一個例子來說明我們實際上存在的價值在哪里。
            
            比如說實際上我們都知道,我們對于風輪葉片的技改工作包括了葉尖小翼,它實際上原來是幫助飛機的機翼提升它的升率的,這一塊兒的理論我就不展開講了。它實際上重要的作用實際上是可以幫助我們減少阻力降低油耗,但是隨著我們技術的發展,當我們把這個葉尖小翼增加了以后,他實際上葉尖小翼它一定會增加機翼的載荷,而在這個同時,他需要更強的結構來支撐,所以它同時會增加機翼的總量,然后從而去增加它的油耗。那么我們就會發現,當我們應用一項技術的過程中,他其實會涉及到兩個方面,一方面是增加油耗,一方面是降低油耗。那么它一定會達成一個平衡,而這個平衡實際上就是我們對于它的評估和選擇。
            
            我舉這個例子主要想表達的是什么意思呢?就是技術是一個非常好的技術,但是這個技術在應用的過程中其實它的選擇和技術同樣的重要。我們知道現在我們建造的所有的飛機,實際上絕大部分都有葉尖小翼,但是你要知道什么飛機不加葉尖小翼,什么飛機不加。主要的區別在于如果對于短程航線,比如說兩個小時以內的航線,通常這個飛機是不加葉尖小翼的,主要的原因是因為他增加結構重量,會使它增加更大的油耗,得不償失。而對于長程的飛機增加葉尖小翼,他會降低它的阻力節省它的油耗。所以從這個角度來講我也想引出我們相關的工作。
            
            就是對于風電場我們遇到的所有的這些需要技改的問題,實際上我們在實施技改的過程中會有非常多的環節,而這些環節我簡要的把它歸納為四個環節,就是項目評價,數據評估,案核和實施監督,接下來我會從這四個方面來介紹一下我們的工作。
            
            先講數據評估,通常我們都說整機廠商就是人家對整機那么了解,控制系統那么了解,人家也有相關的風資源分析工程師,為什么你們就不能放心的把相關的數據分析或者說需求分析的任務全交給整機廠商呢?我們就發現在我們的工作迭代的過程中,越來越發現,我們任何一個風電場技改的項目現在越來越傾向于不把這個項目整體包出去,主要的原因是我們更傾向于把它作為分步,或者說這種分步驟或者說在不斷的時間的推進過程中,逐漸的把量化和明細化。
            
            舉一個例子,一個風電場在技改的過程中,首先會選擇一到兩臺的機組進行試改,在這個試改的過程中一方面我們可以更清晰的了解它相關的技術能力,同時也能夠更清晰的評估它相關的提升收益以及它對風電場其他環節的影響。但是當我們就改一兩臺機組的時候,有可能我們的技術承接到可能他無法拿到我們整個風電場所有相關的數據,而我們要做風電場相關數據的分析,包括風電場風資源的數據,相關的運維、故障檢修方面的數據,而這些方面的數據在一個現實的社會中,它最大的問題就是會有很多的錯誤或者說疏漏。
            
            在這種情況下,比如說如果我們只給出一兩臺機組,很有可能我們的技術承接方無法判斷這兩臺技術的可行性,而我們在處理這個問題的過程中,我們會從風電場風資源模擬的方式來介入,然后我們會把它作為一個整場的分析,不管是什么數據進行一個對比重構,從而得到一個更加真實可靠的風電場相關的數據,來證實相關性的數據分析。當我們拿到更可靠的數據分析以后,我們得到的相關環境的特殊性,以及機組性能并不能正常提醒機組的性能才會更真實的落地,而這兩個的疊加,才能選出更可靠的相關的技改方案,從而確定我們要技改的這一兩臺機組具體的機位點以及參考的機位點到底在哪里。
            
            而我們的第二步主要是方案校核。而在方案校核方面,我們主要考慮的是可行性、安全性和經濟性。這一塊兒我們現在主要的態度就是我們不希望我們技改的方向設計的路線都盡可能的不要有相關的明顯的故障或者是失效,主要的原因是當我技改以后,很有可能會使它的載荷會增大,這樣他就可能會有更多相關的運維或者是修護方面的工作,會付出更大的代價,所以在這一塊兒我們都在可行性方面進行了相關的梳理,來判斷機組相關的部件是否適合進行技改。
            
            我們為了達到這個目的,比如說我們一個風電場相關的一個型號的機組有可能數量是有限的,我們會協調不同的風場,或者是集團內的不同資源來判斷同一個批次的產品,它可能出現的問題和概率,然后盡可能的把這個安全的風險降到最低,而從它的安全性這一塊兒,我們主要是從結構和工藝設計評估,如果有必要的時候,甚至我們會引入實驗,來封閉技改以后機組的結構和系統可能會出現的所有的安全方面的問題,他有可能是我們之前沒有涉及到的,但是也有可能會超過我們之前設計的評估范圍。
            
            而相關的經濟性評估,我們其實重要的一點就是當我們比如說對于一個風電場實際的問題,有可能我們會有幾個解決方案,而這些技改在選擇的過程當中,一方面是看它的安全性、可靠性,另外一方面就是我們還要看在他增加一定成本的情況下,到底選擇哪一個它回本的時間更短,對我們相關的后期會更有利,所以這個時候我們還要對相關的成本做一個初步的核算,最終選出一個對于我們所選擇機位需要技改的真實的技改方案,來完成這個方案的校核工作。
            
            而第三步就是實施監督,實施監督這一塊兒其實對我們而言是最不友好的,原因是我們在監督的過程中它的可達性最差,舉一個最簡單的例子,我們的風電場如果對風輪葉片做維修的話,大家更多的是愿意選擇吊籃或者是空中懸吊平臺的方式,本來上面的人就不一定夠,我們再上去指指點點,人家可能會恨不得把我們踢下來。從這個角度講,我們為了保證它的產品質量和施工安全,一方面我們會從它的工藝的一致性和質量控制要求的角度,嚴把他的質量控制關,把它整個的包括的和附件相關的生產、制造、檢驗以及包括施工的每一個技術環節都落到實處,而同時對于在施工過程中比如說它的天氣預報,以及相關場地負責人員的工作準備,以及相關的工具、設備,以及所有的資質,以及它從事相關技改和修復工作的履歷進行逐一的核查和確認,最后要你簽字確認,來達到我們對于施工安全以及質量保護方面的要求。
            
            第四部分實際上我們就是進一步的接觸到我們整個項目的尾聲,在尾聲的時候,我們又要重新倒過來評估這一部分的內容。為什么會重復呢?剛才我講了,最后一步我們會核算它的經濟性,來判斷哪一種方案更適合技改,但是這一塊兒的內容比我們之前的核算的內容更多,主要的原因是我們希望從我們這個技改也好,風力發電機組的整個全生命周期在它不同周期內進行成本不斷的核算和確認,換一句話來說就是它的原材料生成、檢測、實驗、甚至到維修,我們都希望了解它的相關成本的問題,為什么?因為在我們技術實施的過程中,我們不確定的情況下,我們都會選擇通過增量成本來進行技改方案。但是當我們把它整個成本都了解以后,我們希望把它延伸到整個風力發電機組發展的周期內,這樣才更有利于整個風電場系統的維護和相關利潤的核算。
            
            而除此之外,技術評估主要是對它比如說技術是有可靠性以及它相關的對周邊環境的影響進行一個它的存在價值的詳細評估,為的是后續我們把它的技改做準備。因為我們知道,任何一個風電場選擇一個機位都是有特異性的,有可能我們選的這個技改工作可能最終并不能達到它期望的效果,但是你說是它的技術不行還是我們選的這個風電場機位或者說風況情況太特殊?造成它的結果不好?我們其實是要通過這樣的分析把它的特異性排除,把它的技術先進性提煉出來,而作為一個環節嵌入到我們整個的技改相關的信息平臺上,把它做成一個定制化、系統化、集成化、平臺化的工作,我們接到的任何一個技改工作,就不再單單是一個小的項目,而是成為比如說我們的區域風電公司、風電場以及相關風電機組的一個案例進行參考,而在這個情況下,我做的一個項目,它起到的作用不僅僅是對這個風電場提質增效,而是對整個風電板塊所有的機組,在未來可能出現類似提質增效過程中的一個系統的技術參考以及相關的技術參數的借鑒。從這個角度來講,我們是系統實現它的提質增效,甚至整個相關板塊的降本。
            
            而我們做的所有的這些工作,我們積累和篩選出來的工作,其實也是希望對我們的合作方,也就是部件以及相關的技術提供方,可以幫助大家來完成相關我們研發方向的甄別,聚焦我們未來的科技發展方向,通過應用迭代,達到一個深入積累的目的,而篩選出高效率、低損耗、高可靠性的產品,來助力我們投資收益的提升。
            
            最后我小結一下,就是我這次的這個題目雖然有一些寬泛,但是我主要是針對現階段主要的技術需求,從提質增效的角度,實際上我們針對具體的內容,我們相關的工作就把它分成了數據評估、方案校核、實施監督和項目評價等一系列的工作,而我們通過我們的詳細工作,然后把它除去它的個性化,提升它的技術性,把它整合到平臺上,篩選出高效率、低損耗、高可靠性的產品,來使我們的風電場能夠得到更好的回饋。
            
            這就是我今天要分享的內容。謝謝。
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          閱讀上文 >> CWPM2021:基于風雷保護和雷擊檢測減低運營成本
          閱讀下文 >> CWPM2021:風機/葉片的質量保證保險

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