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CWPM2021:风电场对于风轮叶片提质增效的技术需求与研究

2021-07-31 来源:东方风力发电网 浏览数:1188

郑磊:大家好,我是来自华能清洁能源研究院风电技术改造部的郑磊,很高兴今天有机会可以参加这个叶片运维技术方面的论坛。

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  郑磊:大家好,我是来自华能清洁能源研究院风电技术改造部的郑磊,很高兴今天有机会可以参加这个叶片运维技术方面的论坛。
  
  大家都说运维跟技改不分家,所以这次我主要是浅谈一下风电场对于风电叶片提质增效的技术需求方向。其实这个题目看起来很大,所以为了在20分钟的时间内,我尽可能的给大家多留下一些印象,所以我主要是分五个方向来跟大家介绍一下我们对于相关的题目是如何理解以及如何诠释的,从我们的角度讲,希望我们通过这次讨论会的宣讲,然后给大家一些启发,或者说给大家一些想法方面的建议,可以起到抛砖引玉的作用。
  
  第一部分是发展背景,其实我们都知道,习近平主席在七十五届联合国大会上发表了中国讲话,其中涉及到碳达峰和碳中和两个重要的时间节点,其实他对于我们能源电力领域未来的长期可持续发展是非常重要的一个信号和指标,我们也更加坚定了我们在可再生能源方面不断的发展努力的前进路线。
  
  华能集团布局大力发展风能、太阳能一系列的可再生能源。实际上华能集团清能院作为华能集团指数的清洁能源技研发机构,我们主要从事是清洁能源的关键设备研制和工程实施。作为集团技术研究机构,其实我们涉及到的部门我已经列出来了,这些部门在发展方向方面,现在已经凝练出与我们业主或者说与我们相关的数据分析,或者说技术发展相关的一些科研领域方面的内容,对于我们而言,主要是风电改造提质增效,然后在业内实际上我们早已经有人提出补贴退潮将加快风电产业从初创到发展的速度。“十四五”我们都会进行加快提质增效的工作,所以说这次我就借这个机会来分享一下我们对这个东西的看法和理解。
  
  一提到风电的提质增效,其实我们可以涉及到很多方面的内容,包括比如说风轮的系统,控制系统,数据采集监控系统、偏航系统等等,其实都在相关的技改工作里。我这次主要讲的是风轮叶片方面和风轮系统方面对于风轮系统的技改其实主要是指风轮叶片的技术表现,然后它的设计和技改对象或者说是技改的系统实际上主要是风轮系统,但是不仅仅包含风轮系统,他还包括对应的控制系统,他会很大的影响机组的载荷,从而影响风轮系统的设置。除此之外,数据采集系统和监控系统作为控制系统的输入,而变桨系统和偏航系统也都是是可以的。以我的了解,它对应的是风轮系统具备的风能转化为机械能的能力,以及风轮系统持续捕获风能转化为机械能的能力,所以说我们会对应着有一系列的技改方案,比如包括叶片的更换延长,气动部件以及叶片降噪、叶片防雷等等,从这个角度来讲,其实就是我们能见到的市面上绝大部分的技改工作。但是我觉得这仅仅是我们技改工作的第一个层面,这就是我讲的不管是提质还是增效,我们仔细想一想,他实际上解决的都是我们对于现在对于需要技改的机组的性能需要的技术改造。什么意思呢?就是五年前、十年前我们的机组对于现在来讲它技术可能已经落后了,对于这样的机组,我们现在的技术对它进行更新和升级来保证相关的机组性能能达到我们现在最先进的科学发展进步的水平,这样来提高我们风电场持续运行能力,但是这对于持续提升风力发电机组的发展是远远不够的。为什么?主要的原因是我们下来在技改过程中,特别担心的一点就是对于五年前或者是十年前有待技改的机组,实际上它的设计安全性、工艺的可靠性、质量的稳定性,我们不确认。甚至说我们找到整机厂商和部件厂商,他们也无法完全确认,主要的原因就是因为他们的技术也在不断的进步。从这个角度讲,我们实际上需要对我们现在技改的对象以及他们同批次的产品的质量有一个不断更清晰认识的把握和探究,从而我们可以把扩展性能的技术改造延展为扩展潜力型的技术改造,然后来尽可能的挖掘我们风电场本身或者是风电发电机组的安全裕度,在这个范围内尽可能的挖掘他的潜力,从而挖掘他的价值,这个也只是我们现在能看到的情况。
  
  我们都知道,作为技改而言,实际上我们有一个时间跨度,就像我们刚才讲的落后技术的升级,实际上是以现在为时间点看五年前的产品,那么我们想一下,如果在五年后,或者是十年以后,站在那个时间点再看我们现在的产品,现在我们的大容量风力发电机叶片我们如何对现在的产品进行技改?大家有没有想过?换一句话来说,这方面的思考,其实有助于我们对未来技术发展的把握,这个我们称之为创造潜力型的技术改造。
  
  这个部分我们可以看到挖掘潜力型的技术改造,我们可以把它分为风电场资源的潜力挖掘以及风力发电机组安全方面的挖掘,说白一点就是把我们的技改和风力发电联合在一级,它实际上就是体现在风力发电在未来十年内的技术发展方向,我们不再单单把它作为一个时间点来考虑十年、二十年的寿命,而考虑它的技术、运输、运维以及相关的技改的需求方面,把它全方位的进行设计和改造,它会涉及到每一个产品的细节化、结构的精度化,以及组件的提升等等,然后我们可能比如说在叶片的降载,包括机组的控制系统升级改造方面做相关的内容。
  
  因为我们这次主要是一个运维方面的技术论坛,所以接下来的内容我会针对扩展性的技术改造的相关工作进行一个详细的说明,而对于挖掘潜力和创造潜力我们以后在叶片设计或者是风电场开发的讨论的时候再做详细的介绍。
  
  对于我们华能或者说以清能院的角度来说,这三种不同的技改我们采用的态度也是有差别的,对于扩展性的技改,我们更偏向于从评估和集成的角度跟大家来合作,而对于潜力挖掘型主要是采用合作和引导,而创造潜力型主要是创新和引领。
  
  然后对于现阶段的技术需求来说,我们通常情况下会看到类似这样的一个表格或者是图表,他列出了我们现在在风电场可能遇到的各种各样的特殊情况,以及包括机组性能的不如意的地方。当我们把这些调出来以后,从而选择对应的技改方案,来起到提质增效的作用。这一块儿我不详细展开,我这一块儿就是想问一个问题,大家一定会说你们作为一个业主方,然后去跟整机厂商比拼整机的技改,你们有优势吗?我刚才讲了,其实我们更多的是采取评估和相关合作的方式开展,主要的原因是我这里以一个例子来说明我们实际上存在的价值在哪里。
  
  比如说实际上我们都知道,我们对于风轮叶片的技改工作包括了叶尖小翼,它实际上原来是帮助飞机的机翼提升它的升率的,这一块儿的理论我就不展开讲了。它实际上重要的作用实际上是可以帮助我们减少阻力降低油耗,但是随着我们技术的发展,当我们把这个叶尖小翼增加了以后,他实际上叶尖小翼它一定会增加机翼的载荷,而在这个同时,他需要更强的结构来支撑,所以它同时会增加机翼的总量,然后从而去增加它的油耗。那么我们就会发现,当我们应用一项技术的过程中,他其实会涉及到两个方面,一方面是增加油耗,一方面是降低油耗。那么它一定会达成一个平衡,而这个平衡实际上就是我们对于它的评估和选择。
  
  我举这个例子主要想表达的是什么意思呢?就是技术是一个非常好的技术,但是这个技术在应用的过程中其实它的选择和技术同样的重要。我们知道现在我们建造的所有的飞机,实际上绝大部分都有叶尖小翼,但是你要知道什么飞机不加叶尖小翼,什么飞机不加。主要的区别在于如果对于短程航线,比如说两个小时以内的航线,通常这个飞机是不加叶尖小翼的,主要的原因是因为他增加结构重量,会使它增加更大的油耗,得不偿失。而对于长程的飞机增加叶尖小翼,他会降低它的阻力节省它的油耗。所以从这个角度来讲我也想引出我们相关的工作。
  
  就是对于风电场我们遇到的所有的这些需要技改的问题,实际上我们在实施技改的过程中会有非常多的环节,而这些环节我简要的把它归纳为四个环节,就是项目评价,数据评估,案核和实施监督,接下来我会从这四个方面来介绍一下我们的工作。
  
  先讲数据评估,通常我们都说整机厂商就是人家对整机那么了解,控制系统那么了解,人家也有相关的风资源分析工程师,为什么你们就不能放心的把相关的数据分析或者说需求分析的任务全交给整机厂商呢?我们就发现在我们的工作迭代的过程中,越来越发现,我们任何一个风电场技改的项目现在越来越倾向于不把这个项目整体包出去,主要的原因是我们更倾向于把它作为分步,或者说这种分步骤或者说在不断的时间的推进过程中,逐渐的把量化和明细化。
  
  举一个例子,一个风电场在技改的过程中,首先会选择一到两台的机组进行试改,在这个试改的过程中一方面我们可以更清晰的了解它相关的技术能力,同时也能够更清晰的评估它相关的提升收益以及它对风电场其他环节的影响。但是当我们就改一两台机组的时候,有可能我们的技术承接到可能他无法拿到我们整个风电场所有相关的数据,而我们要做风电场相关数据的分析,包括风电场风资源的数据,相关的运维、故障检修方面的数据,而这些方面的数据在一个现实的社会中,它最大的问题就是会有很多的错误或者说疏漏。
  
  在这种情况下,比如说如果我们只给出一两台机组,很有可能我们的技术承接方无法判断这两台技术的可行性,而我们在处理这个问题的过程中,我们会从风电场风资源模拟的方式来介入,然后我们会把它作为一个整场的分析,不管是什么数据进行一个对比重构,从而得到一个更加真实可靠的风电场相关的数据,来证实相关性的数据分析。当我们拿到更可靠的数据分析以后,我们得到的相关环境的特殊性,以及机组性能并不能正常提醒机组的性能才会更真实的落地,而这两个的叠加,才能选出更可靠的相关的技改方案,从而确定我们要技改的这一两台机组具体的机位点以及参考的机位点到底在哪里。
  
  而我们的第二步主要是方案校核。而在方案校核方面,我们主要考虑的是可行性、安全性和经济性。这一块儿我们现在主要的态度就是我们不希望我们技改的方向设计的路线都尽可能的不要有相关的明显的故障或者是失效,主要的原因是当我技改以后,很有可能会使它的载荷会增大,这样他就可能会有更多相关的运维或者是修护方面的工作,会付出更大的代价,所以在这一块儿我们都在可行性方面进行了相关的梳理,来判断机组相关的部件是否适合进行技改。
  
  我们为了达到这个目的,比如说我们一个风电场相关的一个型号的机组有可能数量是有限的,我们会协调不同的风场,或者是集团内的不同资源来判断同一个批次的产品,它可能出现的问题和概率,然后尽可能的把这个安全的风险降到最低,而从它的安全性这一块儿,我们主要是从结构和工艺设计评估,如果有必要的时候,甚至我们会引入实验,来封闭技改以后机组的结构和系统可能会出现的所有的安全方面的问题,他有可能是我们之前没有涉及到的,但是也有可能会超过我们之前设计的评估范围。
  
  而相关的经济性评估,我们其实重要的一点就是当我们比如说对于一个风电场实际的问题,有可能我们会有几个解决方案,而这些技改在选择的过程当中,一方面是看它的安全性、可靠性,另外一方面就是我们还要看在他增加一定成本的情况下,到底选择哪一个它回本的时间更短,对我们相关的后期会更有利,所以这个时候我们还要对相关的成本做一个初步的核算,最终选出一个对于我们所选择机位需要技改的真实的技改方案,来完成这个方案的校核工作。
  
  而第三步就是实施监督,实施监督这一块儿其实对我们而言是最不友好的,原因是我们在监督的过程中它的可达性最差,举一个最简单的例子,我们的风电场如果对风轮叶片做维修的话,大家更多的是愿意选择吊篮或者是空中悬吊平台的方式,本来上面的人就不一定够,我们再上去指指点点,人家可能会恨不得把我们踢下来。从这个角度讲,我们为了保证它的产品质量和施工安全,一方面我们会从它的工艺的一致性和质量控制要求的角度,严把他的质量控制关,把它整个的包括的和附件相关的生产、制造、检验以及包括施工的每一个技术环节都落到实处,而同时对于在施工过程中比如说它的天气预报,以及相关场地负责人员的工作准备,以及相关的工具、设备,以及所有的资质,以及它从事相关技改和修复工作的履历进行逐一的核查和确认,最后要你签字确认,来达到我们对于施工安全以及质量?;し矫娴囊?。
  
  第四部分实际上我们就是进一步的接触到我们整个项目的尾声,在尾声的时候,我们又要重新倒过来评估这一部分的内容。为什么会重复呢?刚才我讲了,最后一步我们会核算它的经济性,来判断哪一种方案更适合技改,但是这一块儿的内容比我们之前的核算的内容更多,主要的原因是我们希望从我们这个技改也好,风力发电机组的整个全生命周期在它不同周期内进行成本不断的核算和确认,换一句话来说就是它的原材料生成、检测、实验、甚至到维修,我们都希望了解它的相关成本的问题,为什么?因为在我们技术实施的过程中,我们不确定的情况下,我们都会选择通过增量成本来进行技改方案。但是当我们把它整个成本都了解以后,我们希望把它延伸到整个风力发电机组发展的周期内,这样才更有利于整个风电场系统的维护和相关利润的核算。
  
  而除此之外,技术评估主要是对它比如说技术是有可靠性以及它相关的对周边环境的影响进行一个它的存在价值的详细评估,为的是后续我们把它的技改做准备。因为我们知道,任何一个风电场选择一个机位都是有特异性的,有可能我们选的这个技改工作可能最终并不能达到它期望的效果,但是你说是它的技术不行还是我们选的这个风电场机位或者说风况情况太特殊?造成它的结果不好?我们其实是要通过这样的分析把它的特异性排除,把它的技术先进性提炼出来,而作为一个环节嵌入到我们整个的技改相关的信息平台上,把它做成一个定制化、系统化、集成化、平台化的工作,我们接到的任何一个技改工作,就不再单单是一个小的项目,而是成为比如说我们的区域风电公司、风电场以及相关风电机组的一个案例进行参考,而在这个情况下,我做的一个项目,它起到的作用不仅仅是对这个风电场提质增效,而是对整个风电板块所有的机组,在未来可能出现类似提质增效过程中的一个系统的技术参考以及相关的技术参数的借鉴。从这个角度来讲,我们是系统实现它的提质增效,甚至整个相关板块的降本。
  
  而我们做的所有的这些工作,我们积累和筛选出来的工作,其实也是希望对我们的合作方,也就是部件以及相关的技术提供方,可以帮助大家来完成相关我们研发方向的甄别,聚焦我们未来的科技发展方向,通过应用迭代,达到一个深入积累的目的,而筛选出高效率、低损耗、高可靠性的产品,来助力我们投资收益的提升。
  
  最后我小结一下,就是我这次的这个题目虽然有一些宽泛,但是我主要是针对现阶段主要的技术需求,从提质增效的角度,实际上我们针对具体的内容,我们相关的工作就把它分成了数据评估、方案校核、实施监督和项目评价等一系列的工作,而我们通过我们的详细工作,然后把它除去它的个性化,提升它的技术性,把它整合到平台上,筛选出高效率、低损耗、高可靠性的产品,来使我们的风电场能够得到更好的回馈。
  
  这就是我今天要分享的内容。谢谢。
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阅读上文 >> CWPM2021:风机/叶片的质量保证保险

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