風電場風電機組更新改建經驗淺談

（新疆風能有限責任公司，烏魯木齊 830000）

（新疆風能有限責任公司，烏魯木齊 830000）

文章介紹了某風電場對已經運行23年的風電機組及其故障頻發、存在設計缺陷的機組進行替換改建的項目，涉及項目實施中遇到的問題及處理措施。該項目作為國內風電場改建的先例，從風電場運行經濟性及機組更新改建過程等方面提出合理化建議。

1.5MW風電機組；風電機組替換；變電所改造；運行經濟性

0 引言

隨著國內風電產業的不斷擴大，風電場的規模也逐漸擴大，風電機組達到設計年限、故障頻發或存在設計缺陷的現象難于避免。考慮到近年來國內風電機組并網條件日益嚴格、風電機組發電量收益及其他相關因素，對老、舊風電機組進行替換是非常必要的。

本文對風電機組更新改建的建設項目及變電所相關設備的選型做了介紹，對改建過程中出現的相關問題及新舊風電機組運行分析對比探討，得出了一些有參考價值的結論。

1 風電場概況

該風電場始建于1988年，作為早年全國首個現代化大型風電場，已安全穩定運行近24年。自1989年建立的國內首批大型風電機組—丹麥13臺BONUS150kW風電機組開始，共經歷四期建設，截至2012年年初，總計風電機組76臺，涵蓋12種機型。

2 更新改建項目簡介

本次風電場的風電機組更新改建項目，同時將15臺發電機組停運，總容量為3210kW。在原機位范圍內重新進行地勘、微觀選址后，建立起2臺金風70/1500機組。更新機組及其配套設施接入原變電所，總容量為3000kW。

風電機組的更新改建必須考慮到變電所初始化設計、工程現場地質情況、所在風區的風況及氣候情況等方面。因此，此次改造項目除符合風電場建設基本流程之外，還需特別注意幾個方面。

2.1 風電機組選型

本次停運的15臺機組容量總計為3210kW，對比當前幾種主流機型750kW、1.5MW、2MW、3 MW風電機組，提出多個選型方案。選型須滿足低電壓穿越能力、電網公司的適應性、新建項目的安全性要求、風電機組運行穩定性、風電機組整體成本、變電所主變容量、所在風區的風資源特點及環境條件等諸多的因素，我場最終選定型號為金風70/1500kW的兩臺機組作為改建項目對象。

2.2 微觀選址

作為一個技改項目，限制因素比較多，機組微觀選址需多方面考慮。[1]

2.2.1 機組用地范圍非常有限

在須置換的15臺小容量機組所處的0.6平方公里土地范圍內，完成新建兩臺1.5MW機組的建設工作。以每平方公里5000kW裝機容量為單位，僅有3000kW的裝機容量，沒有優化余地，對新建機組總容量有了更明確要求。

2.2.2 噪聲及尾流影響

根據機組廠家提供的資料，機艙處噪聲約105db（A），根據點聲源衰減公式AdiV=10lg[1/（4πr2)]，（式中：AdiV-距離增加產生衰減值，dB；r－點聲源至受聲點的距離，m；），受聲點距機組200m可滿足《聲環境質量標準GB3096-2008》中4a類標準中的晝間≤70dB(A)，夜間≤55dB(A)的要求，而目前1500kW風電機組距生活區295m左右，距圍墻不足100m，兩臺1.5MW風電機組距最近排風電機組的距離為534m。通過計算與置換機組臨近風電機組功率曲線和推力數曲線，評估出它們對新建機組產生的尾流影響，從而計算發電量。微觀選址時需考慮邊界限制和對周圍其他風電機組的影響，兼顧尾流損失最小。

2.2.3 風電機組走向與臨近機組間距

新建機組連線的走向應和現有機組排的走向一致。更新置換的風電機組既要滿足與最鄰近一排風電機組平行，還需滿足與同排其他機組保持合理距離。

2.3 接入方式

若改變接入方式，可能會致使全部電力涉及到的設備進行改造、升級，這將增加工作量和成本。與此同時，還要分析新老設備特性的兼容性等因素。因此，決定保持變電所、線路主要設備和接入變電所接線的兩個方式不變的前提下，采用更換原有風電機組進線柜、互感器、電流表、定值調整接入方式。

2.4 更新機組配套箱變選型

依據項目實際情況，此次改造項目選用組合式變壓器。其特點為體積小、占地少、全絕緣、全密封以及 “全故障”保護，同時達到操作靈活，更換熔絲便捷，環境適應性強等。

3 更新改建前后同容量機組運行情況對比

經過機組投運三個月運行數據的分析，改建后機組的平均月發電量由改建前的320MW/ h左右增至萬580MW/ h左右，月標準運行小時由改建前的447h增至582h。圖1是改建前后15臺同容量機組從2005年至2012年9月運行數據的對比及設備運行穩定性分析。

通過對圖1和圖2分析得知，改建后機組總容量為3000kW，改建前原機組總容量為3210 kW，在改建后，機組的月平均發電量、上網電量、發電小時、有效利用小時均高于改建前往年同期，由此說明更換后機組運行正常，單位容量下的電力得到了提高。

4 經驗體會

4.1 關于風電機組組的最優更換役齡

風電機組達到設計壽命或機組發電運行狀態較差時，不可避免機組更換和更新的問題。由此，我們提出關于風電機組的最優更換役齡這一概念。該問題直接影響風電場發電收益和風資源利用率的提高。機組實際壽命周期判斷需考慮以下幾方面：

圖1 改建后機組與原機組往年同期月平均發電量、月平均上網電量對比

圖2 改建后機組與原機組往年同期月平均發電小時、月平均有效利用小時對比

（1）機組運行影響較大、備件易損、采購存在困難對風電場產量的影響；

（2）維護成本和運行的經濟性；

（3）是否符合電力電網安全生產要求。

風電機組的更換和更新問題可分為達到設計壽命及未滿設計壽命兩類。

4.1.1 達到設計壽命（一般為20年）的機組

由于達到了風電機組20年的使用壽命，風電機組的各個部件，如電氣、液壓、剎車系統等主要部件均不可避免地出現了老化現象，風電機組累計發電量和年標準運行小時數處于逐步下降的趨勢。同時，備品備件采購困難、維護成本增加等一系列不利因素嚴重影響風電場產量。且技術水平落后，存在安全隱患，已經不能適應風電場的運營維護管理，不適合繼續運行。

因此，對于達到設計壽命（運行滿20年）的機組，則建議業主方考慮對該機組進行更新改建，在原位置建立新的大容量機組 ，從而有效利用現有資源，提高發電收益。

4.1.2 運行時間較短，未到設計壽命的機組

運行時數未滿20年的風電機組，建議從安全與電量經濟性運行方面綜合分析。首先，確定機組是否適合繼續運行或有必要進行更新改建。其次，對于風電機組運行狀態較差、故障頻發，維修多次繼續運行的機組，則需考慮維護成本增加，發電量下降，占用電網容量和風力資源且發電量收益較低，土地、風資源利用率低。最后，從安全角度來說，設備可能存在安全隱患，影響風電場的安全運營，綜上，提前更換較多次維修和如期換置更經濟。

4.2 風電機組更新的考慮因素

更新置換改造不是簡單的一對一設備更換，需要考慮如地勘、微觀選址、土地資源使用、電網公司設備容量更換報批備案、新機組機位的確定、接入方式、機組及配套設施選型諸多因素。以滿足單位時間收益最大化，單位時間停機時數最小化，預算限額內達到最大的可靠性。

5 結論

在國內風電場改建尚屬首例，無經驗可借鑒的條件下，通過不斷摸索，風電場順利完成了此次更新改造工程。采用舊設備添加，新設備改造的方式，做到了節約成本，減輕勞動強度，縮短改造時間，同時達到更新改建的目的。

該風電場作為安全穩定運行23年的老電廠，通過此次更新改建項目,在滿足了風電場并網技術要求的前提下,順利實現了風電場大容量機組及配套設施替換小容量機組及設施，從而顯著提高單位容量的發電量，達到降低風電機組的維護成本可行性，提高風電場的安全穩定性，實現運行的目標經濟性。值得在現代化大中型風電場中推廣使用。

[1] 宮靖遠.風電場工程技術手冊[M].北京:機械工業出版社,2005.

[2]中華人民共和國國家電網公司.Q/GDW 392—2009 風電場接入電網技術規定[S].北京:中國電力出版社,2009.

[3]（美）Tony Burton 等著, 武鑫等譯.風能技術[M]. 北京: 科學出版社, 2007.

風電場風電機組更新改建經驗淺談

于生軍，曾笑鴻，滿強，朱偉剛，任麗娟

Discussion on the Experience of Replacement and Reconstruction of Wind Turbines

Yu Shengjun, Zeng Xiaohong, Man Qiang, Zhu Weigang, Ren Lijuan
(XinJiang Wind Energy Liability Co., Ltd., Urumchi 830000, China)

This paper introducedthe project of a windfarm on the replacement and reconstruction of wind turbines which has been operating for 23 years and wind turbines with design defects which often break down, involving the problems and processing measures during the implementation of the project. As a domestic precedent for reconstruction of wind farms, this project proposedreasonable suggestions on the aspects of operating economy of wind power plant and process of replacement and reconstruction of wind turbines.

1.5 MW wind turbines; replacement of wind turbines; reformation of power substation; operating economy

TM614

A

1674-9219(2013)06-0100-04

2013-05-14。

于生軍（1974-），男，高級工程師，碩士，主要從事電力企業經營與管理工作。

曾笑鴻（1969-），男，高級工程師，碩士，主要從事電力企業經營與管理工作。

滿強（1973-），男，工程師，本科，主要從事電力企業生產與管理工作。

朱偉剛（1980-），男，工程師，本科，主要從事電力企業生產工作。

任麗娟（1983-），女，本科，主要從事風電場運行維護工作。