凝聚风电设计和运营经验 提供提质增效方案


来源:中国电力网   时间:2020-10-16 10:59:34


——访锐电科技公司整机设计副总监苗向文

随着风电新增市场饱和、度电成本降低,导致市场利润逐渐向开发商转移,庞大存量市场的竞争也日趋激烈。为此,锐电科技提出的机组二次开发综合性解决方案,以客户经济性为前提考虑了机组安全性和可靠性的问题,在确保安全、可靠的前提下实现提质增效。

锐电科技总经理辛理夫认为借助风电行业发展的东风,锐电科技推出对老机组进行二次开发的方案正逢其时,“风电行业老机组升级时代正式来临”。二次开发能够大幅度提升风电场发电量,锐电科技如何做到二次开发的安全性、可靠性,真正让老机组焕发新的生命力?日前,中国电力网记者就二次开发中机组的安全性、可靠性等问题采访了锐电科技公司整机设计副总监苗向文,以下为采访实录。

中国电力网:机组二次开发与后市场机组常规升级改造有什么区别?

苗向文:风电机组二次开发是深度定制化的开发,需要多方面进行综合考虑,在设计规范的要求下,以风电场的风资源情况、机组设计载荷、机组的健康状况为限制条件,以先进的控制策略为手段,更换更长的叶片,提升机组的额定功率,以达到提升风电场发电性能的目的。

整机是二次开发的基础,和后市场不一样,我们是站在一个比较综合的角度上来讲。目前后市场机组的升级改造包括叶片延长、机械电气子系统或零部件的局部优化改造和锐电科技推出的机组二次开发有着本质的区别。前者是针对某个点的具体改造,不会对机组本源进行调整,而锐电科技的二次开发是针对风场中机组进行全方位的总体升级,以老旧机组原有设计模型和部件指标为基础,以实现最大经济效益为目标,结合机组运行状况和风场风资源条件,以应用超长叶片和输出大功率为手段对机组相关机电系统及软件做定制化升级改造,挖掘场址的潜力,最终实现提高风电场运行收益。这个工作是整个机组研发团队所参与的,是常规后市场机组升级改技术力量不能比的。

二次开发相当于重新做一个整机设计。从叶片、塔筒基础到整机的传动部件、齿轮箱、主轴等,所有的大部件做一个整体考量,为了匹配这些零部件的变化从控制系统和控制策略上作相应的定制化设计、更改。从技术的角度讲,和局部的升级改造还是有一个很大的差别,更专业更具体。

中国电力网:二次开发会涉及到哪些系统和零部件的变动?

苗向文:二次开发是从整个升级后最经济的角度做具体的解决性方案,主要是从客户的角度考虑。但首先肯定要换叶片,做好这项基础性的工作才能达到增加发电量的要求。控制系统肯定是要更换的,通过刷程序对控制策略做相应的更改。

做整体的二次开发这其中包含风场的前后风资源评估、机组运行状态评估、零部件的安全裕量评估,控制策略的优化、主控程序的升级以及近几年机组技术发展的应用,通过一系列的手段将老旧机组实现可以匹配最新机组的智能化生命特点,发挥出其更高效的发电能力。

机组二次开发过程中机组的所有系统和零部件均作了系统性的评估校核,包括新叶片及塔筒、基础。根据项目不同,锐电科技匹配更换超长高效的全新叶片后,评估机组各零部件的状态和能力,在最经济可靠的前提下做后续定制化解决方案,保证机组安全高效运行,实现提高风电场运行收益。

出于安全性、可靠性、经济性三方面来考量,一个风场不同点位的机组都不一样,每一个机组都做一个相应的评估。全部替换肯定没有问题,但是过多更换部件经济账算不过不去[MX1] [MX2] [D3] ,对业主也不好。做这个工作就是为了增加业主的收益率,总的来说都是首先从业主的角度去考虑。

中国电力网:二次开发以后如何保证机组的机械系统安全性?

苗向文:安全是第一位的,整个风电行业从业主的角度说叫安全大于天。二次开发后机组的安全性会从两个方面考虑:即设计安全与运行安全。

设计安全即整机设计安全评估。锐电科技把每个改造项目都做成定制化式机组评估。二次开发的基础条件是升级后的机组与场址点位风速条件、湍流状况、风资源相匹配。主要分三步:

第一是改造前进行项目风场风资源精细评估和机组载荷复核,评估机组升级后的安全匹配性;第二是评估机组塔筒、基础安全状态以及机组关键部件状态,确保机组满足升级条件。第三步进行升级后的机组传动链强度复核和电气系统复核,塔筒和基础的安全复核、主控系统定制化设计和安全监控系统定制化设计。

通过这些手段,保证更换的超长叶片与原有老旧机组设计模型能够匹配,从整机角度优化控制系统保证叶片、塔筒、基础、以及机组的变桨轴承及驱动、齿轮箱、主轴承等关键零部件承受载荷不大于原有设计载荷,不降低原有零部件设计安全裕量或者通过计算校核零部件安全裕量完全满足技术规范要求。

内部设计安全评估通过后,提交设计到外部权威第三方风电认证公司做把关,通过拿到第三方叶片和整机认证证书来再次保证二次开发机组的设计安全性。

运行安全方面:除原有的机组安全链系统保护外,我们将大量的传感器新技术应用到二次开发机组上,用先进的传感器提高对机组运行状态的感知,再用先进的控制策略应对感知到的突发状况,实现机组在运行中的智能化安全监测预警,做到万无一失。例如:安装激光雷达采集高精度数据,监测叶片状态,实时探测叶片净空;安装高精度位移传感器和倾角仪监测整机运行过程中机舱位移、塔筒形变以及基础沉降等安全。

改造后,我们对每一项安全保护功能进行测试验证,并对改造后机组进行模型一致性评估来保证机组安全性。

中国电力网:机组二次开发后如何保证机组的可靠性?

苗向文:机组的可靠性直接影响风电场的收益,二次开发的本质目的就是提高风场的运行收益,所以二次开发后机组的可靠性保证是核心内容。如何实现也是从两个方面考虑:设计可靠性与运行可靠性监测。

设计可靠性的基本出发点是机组零部件载荷不大于旧机组设计载荷,尽可能的小。例如影响变桨系统的叶根弯矩,影响齿轮箱和联轴器的Mx冲击载荷,疲劳载荷等。这其中主要涉及叶片设计、载荷控制及零部件寿命预估。

首先二次开发中使用的定制化长叶片要求叶片气动外形重新设计,具有更低的载荷、更高的效率,借鉴大量设计经验针对性优化,采用新材料新工艺,在保证安全的情况下降低重量和运行载荷。

第二对机组状态进行评估,预估目前大部件的寿命,基于目前机组零部件寿命状态来定制化控制策略,适当调整零部件受载,技术上实现最大化延寿来保证运行可靠性。像变桨轴承、齿轮箱这些大部件,运行载荷直接关系到剩余寿命及可靠性,近几年应用的变桨策略、传动链加阻这些新的控制技术能很好降低运行载荷。

运行可靠性方面,采用大量传感器进行零部件状态监测,让关键部件状态参数参与到机组控制中。例如,轴承、齿轮箱、传动系统和叶轮的不平衡异常状态的CMS监测,变流器、箱变、发电机、轴承、油温的温升异常监测,变桨电机功率及温升异常监测。大量传感器的应用时刻保证机组在稳定正常的数据状态下运行,同时,通过持续的大数据分析,机组健康管理系统会对机组的重要零部件状态及剩余寿命做出预警,提示针对性运维。

对于运行10年以上剩余寿命不多的的零部件,针对不同部件的特点,有不同的定制化解决方案,在最经济的条件下满足机组升级后运行可靠性要求。比如齿面磨损较为严重的变桨轴承,我们再更换叶片时同时采用变换工作齿面位置的方式来达到延长部件使用寿命。

风电机组二次开发产品是锐电科技公司持续创新过程中的一个阶段性成果,用新技术、新产品、新服务为客户提高发电收益是“锐电人”一贯的目标。相信在集团公司的支持下,锐电科技公司必定会在风电高端技术服务领域取得更加丰硕的成果,为广大客户带来更好的产品使用体验和实实在在的收益。

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