淺析優化風電場運維管理提高經濟效益的方法

文 | 楊金寶，查顯寶，張健，白文斌

淺析優化風電場運維管理提高經濟效益的方法

文 | 楊金寶，查顯寶，張健，白文斌

中國風力發電在經歷了爆發式增長以后，已逐漸轉向了穩步發展的時期。隨著我國運行風電機組數量的逐年增多，風電運維市場已成為行業關注的新增長點。而目前根據風電整機制造商與開發商的合同約定，風電機組的質保期一般在3至5年。面對質保期后的風電運維，如何實現風電機組價值的最大化，如何實現開發商利潤的最大化，已成為開發商關注的重點。開發商、整機廠家和第三方企業均利用各自的優勢，爭先整合資源，推行精細化管理，努力提高風電場的經濟運行水平。

攝影：朱杰

風電場運維管理的現狀

目前，國內風電場質保期后的運維管理，基本是以開發商自行運維為主，部分采用開發商與整機廠家或第三方合作運維，還有部分采取將風電機組系統分模塊外包運維的方式。在現階段開發商十分重視年度發電量指標考核，而對20年全壽命周期運維重視不足，未形成系統的全壽命周期運維方案。雖然開發商在風電場運行管理方面經驗豐富，但因未完全掌握風電機組的核心技術，在風電機組運維檢修經驗方面稍遜一籌。

同時，隨著風電場裝機容量不斷擴大，以及適應電網要求的可靠性和運行質量要求越來越高，如何使風電機組達到最佳運行狀態，產生更大的經濟效益，運用科學方法加強風電場運維管理顯得越來越重要。

風電場運維管理存在的問題

風電場運維過程中存在著各種各樣的問題，合理解決這些問題將是提升經濟運行水平的關鍵。

首先，為保發電量，犧牲定期的檢修運維問題比較嚴重。開發商20年全壽命周期的運維意識不強，短期行為較多，造成了推遲定檢、簡化定檢的現象普遍存在，且開發商不參與整機廠家的運維過程，或參與程度較低（如定檢、驗收等），造成了定檢的質量難以控制與保障。

其次，風電機組運行故障被動處理，風險意識不足。一方面風電機組在質保期內，開發商缺少與整機廠家現場運維互動交流，未充分掌握風電機組的故障情況及處理過程；另一方面故障深入分析較少，未形成全面的風電機組歷史故障檔案。

第三，隨著運行時間延長，備品備件儲備難度越來越大。關鍵部件的備品備件對整機廠家依賴性強；因部件供應商不斷整合，越來越多的部件已經停產或停售，造成備品備件不能供應，且備件價格越來越高；同時風電場運行條件的惡劣性，決定了備品備件的替換不能隨意進行。

第四，開發商對出質保后可能存在的困難評估不足。國內除較少的開發商外，大部分開發商均開發風電時間不長，未經歷20年全壽命周期的管理，對出質保后隨運維時間延長會出現何種問題均不能進行有效的評估。

風電場運維的各類問題層出不窮，且涉及到各個方面，從細節、小處著手，向管理要效益，解決運維管理中存在的問題，是提升經濟運行水平的主要手段之一。

優化風電場運維管理的幾點方法

優化風電場運維管理的主要目的是提高風電場經濟運行水平，而提高風電場經濟運行水平的實質，就是在不增加或小幅增加投入的前提下，通過有效管理，保障設備發電量增長，其核心是研究如何提高發電量。

提高發電量的手段，主要是控制好兩個方向，一是保障穩定性，減少發電量損失；一是優化機組性能，提高發電能力。

影響經濟運行水平存在著眾多的關鍵因素，如機組運行可靠性、管理計劃有效性和人員效率、備件因素、設備檢修與運維方法、電網和環境因素等等。本文重點從風電場運維管理的角度，闡述通過優化管理的細節，實現發電量提升的方法。重點從機組故障分析管理、定檢管理、主動預防性維護、人員能力管理、運維方式管理、備品備件管理、性能優化與改進等方面進行說明。

一、故障分析管理

目前，各整機廠家均建立了云平臺技術遠程監控系統，有專門的技術攻關隊伍，可系統性、創造性的解決問題。因此，開發商從質保期內開始，需主動參與整機廠家的故障分析與處理，并保留故障處理記錄，建立自己的每臺機位故障檔案。并從風場并網調試開始，安排相應的檢修人員介入或與整機廠家聯合培養，盡早培養運維人員，以保障自行運維能力。同時，通過參與風電機組故障的分析與處理，掌握整機廠家對機組故障的詳細分析，了解故障對機組的影響及風險，以便決策運維方式，如維護、維修、更換、優化等。

二、定檢管理

（一）因地制宜，推行差異化維護檢修策略

根據工程建設情況，風電場調試并網一般多為11月到次年3月，按正常標準，年度定檢也應在此11月到次年3月。而北方地區此段時間一般為大風季節，因此結合機組并網時間，合理微調年度定檢時間，提前或延后進行，選擇小風季進行維護定檢尤為重要。同時，充分利用開發商的風能資源預測系統，根據實際運行情況指導日常維護，對易耗品類部件（如碳刷、濾芯等）的更換也需要因地制宜。如圖1，這是河北某風電場全年月度風速圖，從圖中可以看出，6－9月為低風月，為全年定檢維護的最佳時機，12－3月為大風月，不適合大面積開展定檢維護工作。

（二）開發商重視并參與定檢維護的質量控制

保質期內定檢不僅是整機廠家的事，開發商要派人參與定檢及驗收，監控定檢質量；并需要處理好保發電量與定檢的矛盾，不按時定檢雖可保障短期利益，但長遠看會影響機組整體運行；且及時定檢，可避免被動性檢修，避免問題擴大化、長時間停機等。維護的不足或過度，均不利于風電場的經濟運行，因而，風電場需要不斷完善和選擇最佳的維護區間。維護不足，會造成設備故障增多，設備隱患狀態運行，維護成本增加；維護過度，會造成維護成本增加，降低了設備運行時間，運行成本增加，如圖2所示。

圖1 河北某風電場全年月度風速圖

三、主動預防性維護

預防性維護，主要是指針對設備可能出現的問題提前采取預防性措施，防止問題發生。風電機組有較多系統均可進行預防性維護，例如傳統變槳系統蓄電池測試、變流器散熱系統維護、齒輪箱散熱系統維護、齒輪箱油品檢測、液壓站油品檢測等等，充分發揮運行檢修聯動，實現預防性維護管理。

小風“待機”時，是實施預防性維護的最好時機。若在風電場遠程監控系統中發現，小風時風電場全場機組均在“待機”狀態，而沒有機組在“維護”狀態，說明沒有很好的利用時機進行預防性維護。較為典型的預防性維護舉例說明如下。

例1：超溫故障，提前預維護散熱系統（見圖3）

為保障機組散熱，在高溫期來臨前，應提前在小風時進行清理、檢查（特別是春天柳絮、楊絮較多或風沙大的地區），避免高溫時機組頻報超溫故障。包括變頻器濾網清理、檢查變槳驅動器散熱風扇、齒輪箱風冷散熱系統清理等。

例2：多次復位，及時預處理（見表1）

運行中發現的小問題、頻繁多次的復位性故障（復位后未及時檢查維護），應在小風時（或日常維護時）及時處理，有時雖暫時不影響運行，但此時設備可能已出現損傷，應進行預防性維護；同時，運行人員與檢修人員應加強溝通，遇到頻發可復位故障，不要反復復位，應安排人員檢查。如表1示例中齒輪箱油溫故障。

例3：齒輪箱油溫監控，提前預清理（見圖4）

某些品牌機組，其某一設備溫度超限后，機組會限功率運行。如該例，齒輪箱油溫超過75度，機組會自動限功率運行；因此，在油溫超過70度時，應及時發現并安排進行齒輪箱散熱系統清理。

圖2 運行費用與維護關系圖

圖3 昆明在3月前、松原5月前需清理濾網

圖4 齒輪箱油溫實時監控

表1 齒輪箱油溫超溫復位

例4：充分利用天氣預報信息，合理安排預維護（見圖5）

利用未來3天的天氣預報信息，分析風速、氣溫變化、降雨等情況，合理安排預維護計劃。

（一）人員能力管理

1 提高值班人員的意識和水平

值班人員不是單純負責風電機組的啟停及故障報告，而是要掌握查看風電機組監控信息的方法，根據開發商與整機廠家共同制定的關鍵監控參數，及時發現機組的異常趨勢或狀況，安排檢修人員及時檢查處理。例如風向標松動或結冰，對風不準，導致風電機組功率低于其它機組；葉片或風速儀結冰，導致功率與風速不匹配；多臺機組報相同故障；某臺機組某部件溫度明顯高于其它機組等。

圖5 某風電場未來3天天氣預報信息

圖6 風電機組運維工作工時解析圖

2 優化風電場人員工時資源配置

記錄風電場各項工作的人工時，并進行分析；根據風電場人員工時占比，確定優先降低人工時的方向。例如通過增加人員技能培訓等手段，可有效降低故障消除所占工時比例；通過外包方式在短期內增派人員，縮減定檢停機時間，提高可利用工時數（見圖6）。

（二）運維方式管理

據了解，國際上風電場運維管理的方式，經過多年的發展，經歷了較為漫長的轉變過程。在風電市場發展前期，開發商為節省成本選擇自己運維，但因核心技術的缺失、全生命周期備品備件解決能力欠缺、備件成本及人員成本增加，開發商獨立運維成本越來越高。隨后，因第三方運維公司運維機型多、運維經驗豐富，且運維成本相對合理，開發商選擇了由第三方運維公司，但再經歷一段時間發展后，因第三方公司同樣缺少核心技術，不能實現機組技術及部件的持續優化和改進，機組經歷幾年運行后無法長期保持良好的狀態。最終開發商選擇跟整機廠家合作運維，以實現全生命周期內機組持續良好健康運行，達到控制成本的持續優化。

面對巨大的市場機遇，風電開發商、整機廠家、第三方企業均已行動起來，希望在風電場運維方面分得一杯羹。這三種力量也都具有各自的優缺點。開發商往往資金雄厚，有較好的運行管理經驗，可打造自己的運維隊伍，但對風電機組性能核心技術缺乏專業的了解，對備品備件的供應或替換缺少技術支持。第三方企業運維經驗豐富，具有較好的性價比優勢，但各機型核心技術欠缺，不利于機組的長期運維，市場空間有待開拓。整機廠家對設備性能爛熟于心，旗下的運維公司經歷了機組的安裝調試和運維服務，具有豐富的運維經驗，掌握機組核心技術，可最快的實現機組持續優化及個性化參數設置。

根據風電運維市場發展的規律，了解了這三種力量運維的優缺點，對開發商來說，正確選擇合適的運維方式，對提高經濟運行水平尤為重要。目前國產風電機組普遍存在質量參差不齊，運維人員技術較差等問題，而開發商初期運維更重視保持風電機組運行，輕視了維護和保養，為未來風電機組運行埋下了隱患。為搶占市場，從事運維的企業都把檢修和維護價格壓得比較低，且沒有價格標準和質量標準。因此，與整機廠家合作，打造“運檢一體化”合作運維模式，將會是未來最優的運維方式。盡快對運維的范圍和質量水平建立有效的標準，建立長期的運維規劃，共同致力于優化成本和提高效益，將會是未來風電場運維的發展方向。

（三）備品備件管理

備品備件的供應與成本，一直是開發商關注的焦點。雖然市場上有各種不同的零部件供應渠道、特殊的修理、部件的修理等，但部件的質量控制將是很大的挑戰。整機廠家無論從備品備件的供應來源，還是從備品備件的質量控制，都具有先天的優勢。供應來源于其戰略合作伙伴，即使停產設備的備件，整機廠家也會通過各種技術論證和現場試驗，找到合適的替代品，而不是其它運維企業隨便從市場上購買類似產品。

從運維的效益和質量上看，開發商與整機商建立聯動的保障機制，合作建立聯合庫房將是一種雙贏的策略。開發商每年支付一定比例的費用，由整機廠家負責備品備件的儲備與管理，利用整機廠家較好的物流體系，可保障所有各類備件的快速響應。

（四）優化機組性能，提高發電能力

利用開發商與整機廠家合作運維的模式，開發商可與整機廠家保持密切溝通，實現信息共享，優先獲得機組的最新技術、最新性能優化方案等信息，可優先實現機組的性能優化，獲得收益提升。

通過對特定風電場和特定機組進行性能和運行狀況評估，有針對性地優化、改進和升級，可達到風電機組發電量提升的效果。隨著新技術、新材料的應用，多項性能優化可一一實現，如偏航對風校準解決方案、主控程序優化方案、葉片加長改造解決方案、渦流發生器等，這些風電機組增功技術預計可以提升5%－8%的年發電量，針對典型的5 萬kW風電場，假設年平均可利用小時數為2000小時，年發電量提高5%，可以增加500萬kWh，以0.6元/kWh計算，每年新增收益約300萬人民幣。

結語

風電作為我國的第三大能源產業，風電運維行業蘊含著巨大的市場需求。這更要求風電場的運維管理與時俱進，盡快建立清晰的運維標準和完善的運維評價體系。利用各種專業化、智能化的管理手段，整合數據資源，控制管理細節，實現高效運維，創造更佳的盈利能力，全面提高經濟運行水平，使開發商的運維成本大幅下降，獲得更好的經濟效益和社會效益。

（作者單位：楊金寶，張健，白文斌，北京國電思達科技有限公司；查顯寶，國電聯合動力有限公司）