存量風電場提升效益的探索張軍光，潤陽能源技術有限公司北京，CWP2018，W2館B12目錄風電市場展望風場優化及機組升級改造老舊風機“升級替代”風電市場展望風場優化及機組升級改造老舊風機“升級替代”目錄（GW)）188.791.4168.725.8114.6146.322.419.00.62018(e)20.00.5+12%(GW)20171.26.220100.10.113.80.02009200818.92016-15%+37%+37%+44%+121%-29%-26%20150.031.7201217.60.1201420110.223.216.10.3201313.00.1十年發展，兩度沉浮，中國風電市場進入低速增長“新常態”中國風電市場年度新增及累計并網裝機量，2008-2018(e)截至2018年6月底，中國風電市場累計裝機容量已達196GW，其中陸上192.7GW，海上裝機3.3GW。預計至2018年年底，中國風電市場累計裝機容量將達216GW，其中陸上204GW，海上裝機4.5GW。風電市場展望Source:中國風能協會，潤陽能源預計新增量陸地新增海上新增累計裝機量投運年限增長，大批風機將出質保5年新增并網容量（陸上），2000-2024(e)陸上風機出質保容量預測，2006-2024(e)風電市場展望Source:中電聯，潤陽能源60010205030701104080901002020-2024(e)106.02015-2019(e)裝機量（GW）2000-20040.587.52005-20092010-201416.988.1+3,288%+421%+20%-17%據測算，2014年底，陸上風電機組出質保容量約為75GW，截至2018年底，這一數值預計將達到106GW，而到2023年，這一數值預計將達到204GW。出質保容量質保期內容量2010容量（GW）201420182023106GW75GW204GW風電市場展望風場優化及機組升級改造老舊風機“升級替代”目錄如何向存量風場要效益？已建成風電場運行現狀及存在的問題風場優化及機組升級改造Source：潤陽能源風機本身問題（“先天不足”）設計陳舊設計缺陷等宏微觀選址（“出身決定一切”）測風時間不足機型選擇問題機位點確定運行維護能力、經驗不足維護不到位總成本建設成本運營成本發電量AEP？存量風場提升效益的幾種路徑主流改造方案風機設計缺陷、風場微觀選址、氣象環境變化等問題，造成早期建成的風場風場運行狀況不佳，針對此類風場已有一系列提效優化方案葉片的相關方案目的均為增大掃風面積，提高捕風能力，對葉片改造的提效效果也是最為直接的風場綜合治理的出發點為降低能耗，提升風場可利用率控制系統的優化升級可以單獨進行，也可配合其他方案同時進行風場優化及機組升級改造Source：潤陽能源1.風電場綜合治理2.葉片優化葉尖延長翼葉根延長節加裝渦流發生器加裝格柵及后翼3.塔筒優化塔筒增高塔筒減重（載荷優化，針對初裝風場）4.主控策略升級風電場綜合治理綜合治理方案內容通過對老風機加裝振動在線檢測、油品在線檢測裝置。對變頻器、變槳系統、發電機、齒輪箱冷卻系統、定子接觸器、防飛車、防雷進行改造等綜合治理以延長風機的使用壽命、提升風機運維的可靠性和安全性。液壓站、管路清洗剎車卡鉗的修復齒輪箱散熱系統的整改，水冷卻系統改風冷卻系統主軸承、變槳偏航潤滑油脂的清理更換風速風向儀的檢定、校正電氣線路的檢查

風場優化及機組升級改造Source：潤陽能源葉片優化葉根延長節——原理及實施步驟葉根增加延長節，增大風輪掃風面積，吸收更多風能，達到提升發電量的效果。根據不同風況及葉片可提升發電量5%-12%。葉尖延長翼——原理及實施步驟原理：葉尖增加延長翼，增大風輪掃風面積，吸收更多風能，達到提升發電量的效果。根據不同風況及葉片可提升發電量5%-12%。風場優化及機組升級改造Source：潤陽能源Source：潤陽能源載荷設計、校核強度設計、校核葉根與輪轂間增加延長節增大風輪掃風面積控制策略優化調整提升發電量5%-12%載荷設計、校核強度設計、校核葉尖增加延長翼增大風輪掃風面積控制策略優化調整提升發電量5%-12%葉片優化——葉根延長節施工方案地面施工方案需要1臺400t-500t主吊車、1臺50t-100t輔吊車，施工費用較高?？罩惺┕し桨竷H需2臺200t左右吊車即可，施工費用較低實際案例已實施風場項目：匯豐馬鬃山風電場：MY1.5-82/65大唐山西渾源風電場：MY1.5-82/65大唐多倫大西山風電場：MY1.5-77/82預實施風場項目：xx桃山湖風電場xx饒平風電場xx龍塘山風電場xx圍場風電場風場優化及機組升級改造Source：潤陽能源Source：潤陽能源方案1：地面施工風機輪轂和葉片整體拆卸在地面進行延長節的組裝恢復風機方案2：空中施工不拆卸輪轂，逐個拆卸單個葉片在地面組裝延長節在空中與輪轂對接安裝葉片優化——葉尖延長翼葉尖延長翼的設計與生產延長翼根據原葉片的結構參數進行優化設計，根據設計制作模具，在工廠進行延長翼整體的生產安全性測試：強度設計校核：疲勞和粘接部位強度試驗載荷設計、計算和校核（計算、設計報告）實際案例已實施風場項目：國電文登紫金山風電場大唐山西渾源風電場預實施風場項目：xx山西左云風電場xx霞浦風電場xx山東平陰風電場風場優化及機組升級改造Source：潤陽能源Source：潤陽能源葉片切割、預處理模具固定大梁粘接表面玻纖布粘接固化、打磨、刷漆現場施工工藝葉片優化——加裝渦流發生器原理及實施步驟改進葉片失速性能，提升葉片捕風能力，吸收更多風能，達到提升發電量的效果。根據不同風況及葉片可提升發電量2-3%，且該方案對載荷影響最小。實際案例已實施風場項目：xx山東膠南風電場發電量提升2.19%風場優化及機組升級改造Source：潤陽能源Source：潤陽能源載荷設計、校核強度設計、校核氣動模擬計算加裝渦流發生器提升葉片氣動特性提升發電量2%-4%葉片優化——加裝格柵及后翼原理及實施步驟葉片加裝格柵和后翼，優化葉片空氣動力學性能，提高葉片捕風能力，且提升風能利用系數Cp值。風場優化及機組升級改造Source：潤陽能源Source：潤陽能源載荷設計、校核強度設計、校核葉根增加格柵，葉尖增加后翼增大風輪掃風面積，且提升Cp值（提升氣動特性）控制策略優化調整提升發電量5%-12%葉片優化——相關評估、認證，及專利證書設計符合評估證明及效果評估認定風場優化及機組升級改造Source：潤陽能源Source：潤陽能源葉片優化——相關評估、認證，及專利證書風場優化及機組升級改造Source：潤陽能源Source：潤陽能源設計符合評估證明及效果評估認定葉根加長評估證明及效果評估認定-提效8%葉尖延長評估證明及效果評估認定-提效12%12%8%葉片優化——相關評估、認證，及專利證書設計符合評估證明及效果評估認定風場優化及機組升級改造Source：潤陽能源Source：潤陽能源葉片更換評估證明及效果評估認定-提效19%19%葉片優化——相關評估、認證，及專利證書風場優化及機組升級改造Source：潤陽能源Source：潤陽能源塔筒優化原理利用風切變特性，更換第一節塔筒的方式來增加塔筒高度，提高風機輪轂高度，提高風速，進而提升發電量。風場優化及機組升級改造Source：潤陽能源上式中：α為風切變指數；z1為已知高度；v1為變化后風速所在高度；為高度z2處的風速；v2為z2高度處的風速。主控策略升級主控策略升級路徑主機控制優化和升級，提升發電效能：變槳風機控制，由早期轉速轉矩表的控制方法升級為最優Cp-λ跟蹤控制方法、基于風機動態模型控制算法，最大化利用風能風場優化及機組升級改造Source：潤陽能源第I代：轉速轉矩查表法第II代：最佳Cp-λ跟蹤第III代：基于風機動態模型控制算法轉矩-轉速關系主控策略升級案例介紹風場優化及機組升級改造Source：潤陽能源左圖為優化之前風機風速-轉速散點圖，右圖為優化后風機風速-轉速散點圖，優化效果明顯。原轉速-轉矩表控制算法最優Cp-λ跟蹤控制算法實際案例1——XX饒平項目

Source：潤陽能源項目介紹饒平所城風電場工程主要是所城鎮和柘林鎮所轄區域的山地和丘陵地帶，共安裝1500kW風電機組20臺，750kW風電機組26臺。通過收集現場SCADA數據，2015年26臺明陽機組平均發電小時數為1672h。其中，發電量較低的67#、68#、73#、75#等4臺機組不足1200h。如右圖。針對現場部分機位風速低、發電小時數差，收益率低的特點，我司擬進行效能提升，并提出了優化升級改造可行性方案風場優化及機組升級改造風場機位分布圖風場機位風速和發電小時數實際案例1——XX饒平項目Source：潤陽能源風資源概況（依據現場東界尖測風塔）風場優化及機組升級改造現場70m高度威布爾分布70m高度風向70m高度風能玫瑰圖全場風速較低，2015年26臺風機機艙平均風速約5m/s饒平風電場項目空氣密度為1.132kg/m370m高度的湍流強度等級判定為IECC類綜合風切變分別為0.0253、0.0208。測風塔標空下輪轂高度50年一遇最大風速小于37.5m/s風場主風向為東北，次主風向和次主風能方向均為東北偏東方向，如右圖實際案例1——XX饒平項目

Source：潤陽能源現場近三年風場SCADA數據，部分機位2015-2017年發電量統計如下，其中67#、68#、73#、75#效能較低。風場優化及機組升級改造

2015年運行數據2016年運行數據2017年運行數據機位號風速（m/s)發電量等效利用小時數風速（m/s)發電量等效利用小時數風速（m/s)發電量等效利用小時數654.77244.951633.005.09249.041660.275.09267.231781.56664.79244.051627.005.28282.331882.195.20293.491956.61674.49174.91166.004.53191.061273.764.33182.651217.69684.31176.551177.004.44184.801231.974.41186.941246.27695.082791860.005.27306.952046.335.25304.722031.48705.14246.61644.005.23280.641870.955.30270.921806.13714.86230.11534.004.95257.091713.914.84255.781705.20724.31204.151361.004.40218.231454.884.88241.771611.78734.21174.31162.004.13168.311122.054.39195.631304.17744.49206.71378.004.43189.881265.874.69224.681497.86754.13170.71138.004.12156.751045.014.28184.221228.10764.52204.31362.004.35190.061267.044.68217.871452.48774.40204.31362.004.35188.691257.934.56223.621490.82實際案例1——XX饒平項目葉根延長（如右圖）：饒平風電場風機葉輪直徑為82.6m，MY1.5MW-82風力發電機組在低風速下存在載荷設計余量。根據其參數和特性，在葉根與輪轂間增加2m長延長節，即在變槳軸承和葉根中間增加一過渡延長節，增大風輪掃風面積，達到提升發電量的效果。

Source：潤陽能源綜合技改方案：根據現場風機運行的風速風頻數據和功率曲線，以及機組運行狀況和客戶需求；綜合分析后，我司提出了塔筒增高和葉片延長，以及控制策略優化調整綜合提升效能方案。風場優化及機組升級改造葉根加長功率曲線提升對比葉根加長效果圖實際案例1——XX饒平項目塔筒增高此方案理論依據風速切變特性，更換第一節塔筒的方式來增加塔筒高度，提高風機輪轂高度，增加平均風速，來提高風速提升發電量的技術方案。根據現場基礎設計資料和前期工作經驗，該基礎強度可以滿足1.5MW容量89米葉片80米塔筒高度機組安全運行。為最大限度利用現有資源，對現有65米塔筒進行加高設計改造，增加第四節塔筒15米，更換89米葉片和主機。

右表，塔筒提高后風速對比場優化及機組升級改造Source：潤陽能源編號65米平均風速(m/s)80米平均風速(m/s)15m/s湍流強度風切變最大入流角標空下50年一遇極大風速(m/s)67#4.495.870.0990.1397.533.8168#4.316.030.10.1356.936.373#4.215.110.1550.172.429.0575#4.135.250.150.216628.05注：塔筒增加到80米機位風資源參數實際案例1——XX饒平項目Source：潤陽能源根據現場風機運行的風速風頻數據和功率曲線采取塔筒有65米技改到80米塔筒高度，葉片直徑由82.6米技改到86米葉片。通過加長葉片和塔筒高度改造后可利用小時數能達到1385小時，提升比16.62%。經測算，項目靜態投資回收期為6年，壽命期凈收益514萬元風場優化及機組升級改造機位號原可研設計數據MY1.5-82/65按原可研數據MY1.5-86/80提升比(%)2015～2017年三年平均值（實際）測算的技改后數據增效（%）65m高風速(m/s)等效小時數80m高風速(m/s)等效小時數風速(m/s)等效小時數等效小時數

67#5.522019.835.872653.0031.354.451219.151449.8118.9268#5.692171.506.032826.2530.154.391218.411424.5616.9273#5.041566.055.111866.4019.184.241196.071371.2914.6575#5.111630.635.252005.1022.964.181137.041319.0816.01平均值

1192.00138516.62技改到80米塔筒高度86米葉片前后發電量數據比較具體數據分析技改效能對比及經濟性分析風電市場展望風場優化及機組升級改造老舊風機“升級替代”目錄“升級替代”為哪般？升級替代的風場及機組類型優質資源開發殆盡，新開發的風資源基本是平均風速為5-6m/s的低風速甚至“超低風速”資源老舊風機機型陳舊，發電效率差，備件難買，維護難；或是因宏觀選址、微觀選址不夠精細，使得現有風場發電效率差風電行業政策紅利正逐漸消失，上網電價逐年降低，去補貼進程加速對于風電開發商來說，現在的市場環境無疑是“內憂外患”，老舊機型的“升級替代”則為開發商提供了全新的效能提升解決思路老舊風機“升級替代”Source：潤陽能源I/II類風區（單機功率增加）1.5MW及以下機組更換為2MW、3MW等大功率機型III/IV類風區（更換為低風速機型）老舊小風機更換為1.5MW或2MW及以上的低風速機型其他低效、經濟性差的老舊機組2012年及之前開發的風電場多選用1.5MW及以下的小功率機型，多在優質風資源區，且上網電價均高于當下水平。實際案例——XX南澳項目項目介紹南澳風電場項目分為三期建設，地理位置為廣東省汕頭市南澳島上，一期項目為牛頭嶺風電場，采用18臺NEG麥康750型機組，2000年建成投運，二期為2007年建成投運的Vestas

V52-850kW機型，53臺；三期項目為2010年投運運達750kW機型，20臺風場40m高度年平均風速介于7.06m/s～8.22m/s；65m高度年平均風速介于7.34m/s～8.43m/s近三年全場平均等效利用小時數為2501h本次設計改造主要針對一期牛頭嶺項目（NEG麥康750機組）將原機組拆除后，在原機位中選擇5個點位，安裝4臺3.0MW的機組和1臺1.5MW機組升級替代后總容量保持不變（13.5MW），節省了13個機位的土地面積老舊風機“升級替代”Source：潤陽能源實際案例——XX南澳項目現場風資源概況（現場021測風塔）根據多年數據統計，該地區主風向為東北（NE）和東東北（ENE）風各測風塔40m高度15m/s風速段，湍流強度介于0.095～0.146風場65m高度50年一遇最大風速為54.0m/s，大于50m/s，因此，應選用超IEC-Ⅰ類或S類抗臺風型風機65m高度年平均風速介于7.34m/s～8.43m/s，年平均風功率密度介于432.7W/m2～581.6W/m2。根據《風電場風能資源評估方法》（GB/T18710-2002）判定該風電場風功率密度等級為4～5級多年平均氣溫為21.6℃，極端最高溫度為35.6℃，極端最低溫度為2.5℃多年風向玫瑰圖、風能密度分布圖、風速風能分布圖老舊風機“升級替代”S