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《逐鹿風電后市場》專題 | 02 技改 以創新為風電場再添活力

2020-06-18 來源:《風能》作者:孫一琳 瀏覽數:4722

數量龐大的在運機組逐步催生出一個日益可觀的后市場。有研究表明,目前僅運維服務市場的規模就接近300億元。為此,《風能》雜志通過深入采訪重點企業負責人以及行業專家,以“封面故事”的形式,從運維、技改、退役等環節記錄了我國風電后市場的發展現狀,系統梳理歸納其中存在的關鍵問題,并有針對性地提出一些應對建議,希冀為進一步優化市場秩序與環境帶來啟迪。

  數量龐大的在運機組逐步催生出一個日益可觀的后市場。有研究表明,目前僅運維服務市場的規模就接近300億元。為此,《風能》雜志通過深入采訪重點企業負責人以及行業專家,以“封面故事”的形式,從運維、技改、退役等環節記錄了我國風電后市場的發展現狀,系統梳理歸納其中存在的關鍵問題,并有針對性地提出一些應對建議,希冀為進一步優化市場秩序與環境帶來啟迪。
  
  《逐鹿風電后市場》封面專題策劃分三部分,本文為第2部分。
  
  技改還是風機換代:風電后市場的艱難抉擇
  
  技改,以創新為風電場再添活力
  
  中國風電經過十余年的規?;l展,現有存量風電機組眾多。2019 年,中國風電累計并網容量達到2.09 億千瓦。早期受制于技術和經驗等方面的不足,部分投運機組運行表現不佳,不僅無法充分利用風能資源,而且經過多年運行,設備性能指標開始下滑,經濟性和安全性等問題凸顯。如今,平價上網開啟了中國風電的新紀元,而技改作為一項資本性投資則是存量風電場擺脫舊時限制,在新時代持續發力的重要手段。
  
  ·釋放創新活力 追趕數字化浪潮
  
  多數產業的發展都會在技術創新的驅動下經歷頻繁的更新換代,風電行業也是如此。多年來,我國風電裝備制造業的技術由初期引進、吸收,發展至當下具備整機自主研發能力,機組譜系不斷豐富,已擁有適應我國各種特殊環境和不同風況條件的機型。相關技術不僅應用于新機組之上,也在舊機組上充分釋放創新的活力,以提升風電機組的發電性能及機組運行的安全性和可靠性,是“以舊迎新”的核心。
  
  潤陽能源技術有限公司總工程師劉昊表示:“早期風電機組設計上會比較保守,同時受技術限制,風輪直徑相對較小,無法有效利用風能資源。利用新技術對這部分機組進行提效技改是市場上最為常見的需求。”以MY1.5-82機型為例,該機組在低風速條件下存在載荷設計余量,根據其翼型及風能資源特性對葉片加長和控制策略優化升級后,增加風輪掃風面積和提升氣動效率,單臺機組發電量提升可達10%以上,大大提高了風電場收益,并且可使業主在3~4年內收回技改投資成本。據了解,葉根加長、葉尖延長、葉片加裝格柵襟翼、加裝渦流發生器、優化葉片翼型結構等葉片改造均可以提高葉片捕風能力,提升發電量。
  
  除了針對葉片進行技術改造提高葉片捕風能力之外,對主控系統、變槳系統、齒輪箱等進行一系列創新優化能夠提升風電場收益回報。
  
  提效技改雖是市場主要需求,但并非剛需。對風電場來說,提高機組運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”引進設備的“水土不服”。歐洲地區雷電活動較少,立足于該地區的葉片制造企業所生產的葉片防雷系統設計耐受水平普遍較低,相關產品不適用于我國強雷暴區域。一段時期內,我國機組、葉片因雷擊遭受損失的比例不斷擴大,必須加強對葉片的雷電防護,以保護機組在雷雨季的安全運行。意識到這一問題之后,業主、整機企業與第三方企業積極展開合作,剖析原生防雷系統缺陷,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。
  
  早期技改主要以問題為導向,針對機組設計和運行中暴露的缺陷進行改造,但在信息化、數字化、互聯網的時代大背景下,越來越多的業主、整機企業和服務商意識到用數字化技術“武裝”風電場的重要性。無論是風電裝備制造環節,還是風電場運維環節,都引入大量數字化技術進行數據分析,并尋求更加智能化、精細化的解決方案。數字化轉型不僅僅是一個潮流,它將推動風電場全生命周期的深刻變革。
  
  維斯塔斯在全球范圍內擁有超過1.13億千瓦的裝機容量,掌握著海量風電機組運行數據,通過大數據分析及人工智能運算,可以預測和分析診斷風電機組的各項指標,為風電場帶來切實的效益是該公司孜孜追求的目標。維斯塔斯服務銷售負責人GuillermoManzo 提出,“隨著平價上網時代的到來,我們越來越多地關注風電場的可預測性,利用大數據分析,提高風電場智能化運行水平,為客戶帶來更好的服務體驗,創造更大的價值收益。”
  
  與陸上風電相比,海上風電機組運行環境更加惡劣,作業窗口期更短。目前,海上風電在我國發展還處在規?;l展的初期階段,但有機構測算,海上風電項目技改的投資規模在“十四五”期間將達到1250億元。中國廣核新能源控股有限公司運維事業部副總經理成和祥指出:“海上風電將會向深遠海發展,考慮到環境的特殊性,技改的重點在于預測預警研究和冗余設計方面。為盡可能減少出海、降低使用大型船機設備的頻率,預測預警研究越早開展越好。”該公司正在聯合科研院所、專業研究機構、整機廠商,運用信息化、智能化手段開展相關研究,已進入驗證測試階段。隨著研究工作的深入,預測預警系統能通過技術改造進一步嵌入到風電場運行環節中。
  
  未來,要真正實現風電場的精細化、系統化發展,必須追趕數字化浪潮,大力推進智能化進程。
  
  ·建立技改規范 恪守安全底線
  
  現階段,大多數企業內部擁有獨立的技改標準,但行業缺乏通行的標準和規范。究其根本,是因為技改屬于定制化產品,每個項目之間有較大差異,其綜合效果難以準確評估,短期業內無法形成可執行的標準。但長此以往,市場難免會陷入質量參差不齊、魚龍混雜、低價競爭的混亂狀態。
  
  針對于此,有專家表示,應從設計研發階段的規范化管理著手。風電設備的設計宜呈現多元化以適應各異的環境要求,但也應遵循一定的標準,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電機組可靠性、穩定性與安全性的前提下進行價值創造,這也是全行業的共識。
  
  早些年,各方更多聚焦于技改帶來的發電量提升,而忽略了對機組安全性帶來的影響。機組吸收更多風能,往往會導致載荷的提升、系統的失配,由此埋下了不少安全隱患。北京鑒衡認證中心解決方案副總監孫少華舉例說:“一些機組被加高塔架或移機后,使自身所處環境及周邊環境發生了變化,不僅本身載荷會增加,還會對其他機組的風況條件產生影響,致使其他機組疲勞載荷加大;機組在進行控制策略優化或更換部件后,可能影響部件的工作條件,導致超負荷工作。”
  
  這些安全隱患,輕則可能增加機組故障,影響機組和部件使用壽命;重則會引發機組倒塌,發生機毀人亡的重大安全責任事故。因此,技改必須進行安全評估,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,用科學的管理和技術手段避免上述問題的發生。
  
  對于需要在復雜環境下穩定運行20年以上的風電設備而言,開發商和技改主體應當高度重視,恪守安全底線。
  
  ·深度技改為機組延壽
  
  隨著越來越多的機組服役年限開始接近或已經達到設計壽命,對這批機組的處理也將成為后市場服務的重要組成部分。
  
  對于接近服役期限的機組,是進行深度技改為其延壽還是重新安裝新機組,需要業主做出抉擇。早期機組的技術成熟度相對較低,故障率偏高,而后期技術成熟度快速上升,機組發電量和可靠性都有一定保障。相對而言,對早期機組進行延壽,存在更高的風險。但在2025年前后,延壽相對于安裝新機組的優勢迅速提升。


 
中國有巨大的延壽市場,預計相關需求會在2020―2025年出現
  
  基于中國可再生能源學會風能專業委員會(CWEA)的歷年裝機容量統計可以看出,中國有巨大的延壽市場,預計相關需求會在2020―2025年出現,2025年之后市場會激增。就我國裝機情況來看,2020年前國內面臨延壽的機組容量1MW以下居多;2020年之后將陸續有2MW及以下的機組需要延壽,但依舊以1MW及以下的機組為主;2025―2030年,將逐漸以1~2MW機組為主,1MW及以下機組逐漸退出延壽市場。
  
  Guillermo Manzo 在受訪時分析:“對于老舊風電場和風電機組,業主面臨著安全性、經濟性等諸多方面的挑戰。針對這種情況,可以通過收集風電機組的運行數據進行載荷分析及模擬,計算出機組結構部件的已消耗壽命及剩余壽命,進行全面的健康檢查來評估機組現狀。”維斯塔斯能為風電項目提供多種延壽計劃,通過優化資產、長期運維合作方案及遍布全球的備品備件供應鏈,提供定制化組合方案,最大限度提高風電場盈利能力。
  
  至于是否要對風電機組進行深度技改,應當進行機組延長壽命成本和效益的評估,從技術、項目經濟性及金融風險等多方面進行分析,確保風電業主投資回報的效益最大化。GuillermoManzo表示:“基于風電場評估與經濟性分析,如果深度技改和延壽無法為風電場創造更多經濟價值,維斯塔斯還可以為客戶提供新機替換的解決方案,同時借助全球布局,幫助客戶處理被替換的老舊機組。”
  
  業主掌握風電場往年運行參數,上述大部分數據都可以被較為準確地預估和分析。相對而言,政策和電價是不確定因素。
  
  有專家指出,歐洲基本采取無補貼平價上網的模式,延壽的經濟性主要受電價的不穩定性影響。在我國,延壽的經濟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,包括延壽機組是否采用原定電價和補貼、后期電價是否隨市場進行波動等。
  
  目前,我國對于項目運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定,但相關部門已經關注到產業的迫切需求。遼寧省發展改革委2019年公開就現役風電機組更新項目事宜征求社會意見,支持現役風電機組更新項目建設,這為行業釋放了一個積極的信號。
  
  與此同時,行業在呼吁相關部門關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,延壽方案的經濟性研究需更謹慎。專家提醒,特別是面對全面平價上網時代的到來,企業應及早開展延壽規劃,并確保延壽方案具備足夠經濟性,能實現較高回報率以應對各種情況。

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