新能源發(fā)電設(shè)備可靠性影響因素分析

王洪超 張海軍

【摘要】相對(duì)于石油、煤炭等化石能源而言，新能源有著清潔和可再生的優(yōu)勢(shì)，利用新能源進(jìn)行發(fā)電能有效緩解我國(guó)能源緊張的局面，當(dāng)前隨著新能源并網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，電力系統(tǒng)受到新能源并網(wǎng)的影響也越來越大。而新能源發(fā)電設(shè)備的可靠性受到很多影響的影響，如何對(duì)這些因素進(jìn)行控制，一直是新能源發(fā)電過程中的一個(gè)重要問題，本文以此為出發(fā)點(diǎn)，對(duì)影響新能源發(fā)電設(shè)備可靠性的因素進(jìn)行了深入的分析，以供新能源發(fā)電行業(yè)人員進(jìn)行一定的借鑒。

【關(guān)鍵詞】新能源;發(fā)電設(shè)備;可靠性;影響因素

火力發(fā)電是我國(guó)電能的主要來源，當(dāng)前隨著煤炭和石油資源的日漸枯竭，積極利用風(fēng)、太陽能等可再生能源進(jìn)行發(fā)電已經(jīng)成為社會(huì)的一個(gè)共識(shí)，但是由于新能源自身的特點(diǎn)導(dǎo)致其發(fā)電存在一定的間歇性和波動(dòng)性，使得其在并網(wǎng)的過程當(dāng)中，會(huì)對(duì)電網(wǎng)的穩(wěn)定性造成影響，進(jìn)而導(dǎo)致新能源發(fā)電成本居高不下，在這樣的情況下，為了保證新能源的深入推廣和應(yīng)用，對(duì)影響新能源發(fā)電設(shè)備可靠性的因素進(jìn)行分析，對(duì)提高電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性來說，有著非常重要的積極意義。

1、分析新能源發(fā)電設(shè)備可靠性影響因素的重要意義

根據(jù)我國(guó)第十三個(gè)五年計(jì)劃中對(duì)新能源裝機(jī)的要求來看，解決新能源并網(wǎng)問題的關(guān)鍵在于提升新能源發(fā)電設(shè)備的可靠性，過去在對(duì)發(fā)電設(shè)備可靠性的研究當(dāng)中，多數(shù)意見認(rèn)為設(shè)備的故障率是一個(gè)常數(shù)，是設(shè)備元件運(yùn)行狀態(tài)的一個(gè)反映，對(duì)于外界環(huán)境和運(yùn)行工況的變化對(duì)設(shè)備可靠性的影響，則未能對(duì)其進(jìn)行充分的考慮[1]。近幾年來，我國(guó)惡劣天氣頻發(fā)，雷雨、高溫等自然環(huán)境因素對(duì)新能源發(fā)電設(shè)備的可靠性造成了嚴(yán)重的影響，傳統(tǒng)的設(shè)備故障分析方式已經(jīng)無法滿足新能源發(fā)電設(shè)備故障率的研究，結(jié)合具體情況對(duì)影響新能源發(fā)電設(shè)備可靠性的影響因素進(jìn)行具體的分析，是當(dāng)前新能源發(fā)電所亟待解決的一個(gè)重要課題。在新能源發(fā)電中，風(fēng)力發(fā)電有著成本低、技術(shù)成熟的優(yōu)勢(shì)，在國(guó)內(nèi)有著良好的應(yīng)用前景，文章以風(fēng)力發(fā)電設(shè)備為主要研究對(duì)象，著重對(duì)其影響因素進(jìn)行深入的分析。

2、新能源發(fā)電設(shè)備可靠性影響因素分析

2.1天氣因素的影響

風(fēng)電的特點(diǎn)決定了風(fēng)電機(jī)組要在野外運(yùn)行，屬于暴露型的設(shè)備，那么機(jī)組周圍的天氣環(huán)境注定會(huì)對(duì)風(fēng)電機(jī)組造成一定的影響，風(fēng)電機(jī)組的可靠性和野外長(zhǎng)期的復(fù)雜天氣之間的關(guān)系十分密切。若是把天氣分為正常天氣、惡劣天氣和災(zāi)變天氣三種狀態(tài)，那么三種天氣狀態(tài)下的故障率加權(quán)平均之和就是風(fēng)電機(jī)組的平均故障率，其中權(quán)系數(shù)應(yīng)當(dāng)由不同天氣狀況持續(xù)時(shí)間比例來進(jìn)行計(jì)算，比如說正常天氣條件下的權(quán)系數(shù)可以根據(jù)公式N/（N+S1+S2）來進(jìn)行計(jì)算（N，S1，S2分別是正常天氣、惡劣天氣、災(zāi)變天氣的持續(xù)時(shí)間）同理可以分別求得S1與S2的比值。此外，不同天氣狀態(tài)下的風(fēng)電機(jī)組故障率存在一定的比例關(guān)系，其故障次數(shù)占總故障次數(shù)的比例同持續(xù)時(shí)間的比值是正比的關(guān)系[2]。根據(jù)以上兩個(gè)條件，就能通過對(duì)不同天氣狀態(tài)下，風(fēng)電機(jī)組的故障增量進(jìn)行計(jì)算。

2.2環(huán)境因素的影響

在風(fēng)電機(jī)組的故障原因當(dāng)中，溫度原因最為復(fù)雜，這是因?yàn)椴粌H環(huán)境溫度會(huì)引起風(fēng)電機(jī)組故障，其他因素同樣會(huì)引起溫度變化，間接對(duì)風(fēng)機(jī)的運(yùn)行產(chǎn)生影響，這使得在實(shí)際的風(fēng)力發(fā)電中，風(fēng)機(jī)故障參數(shù)同溫度之間的數(shù)學(xué)模型無法詳盡的建立起來。

在傳統(tǒng)的模型當(dāng)中，風(fēng)電機(jī)組的可靠性參數(shù)是固定值，和外界的條件沒有關(guān)系，但是風(fēng)速和荷載對(duì)風(fēng)電機(jī)組的葉片元件卻有著較大的影響，在實(shí)際發(fā)電過程中，此類元件也是故障多發(fā)的部位，為了更好的對(duì)風(fēng)機(jī)故障原因進(jìn)行分析，將風(fēng)力荷載引入到風(fēng)機(jī)故障模型當(dāng)中是非常有必要的。實(shí)際上風(fēng)力荷載不僅受到風(fēng)速的影響，其同風(fēng)壓還呈現(xiàn)出線性相關(guān)，風(fēng)壓和風(fēng)速又是二次相關(guān)，風(fēng)速越大，風(fēng)機(jī)所受到的風(fēng)力荷載也會(huì)越大，風(fēng)機(jī)葉片受力變大，振動(dòng)增強(qiáng)，其故障率也會(huì)隨之提升，最終會(huì)導(dǎo)致風(fēng)機(jī)因故障停機(jī)[3]。

3、提升新能源發(fā)電設(shè)備可靠性的方法

3.1優(yōu)化對(duì)風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)和研發(fā)

風(fēng)機(jī)作為風(fēng)力發(fā)電的主要設(shè)備，其可靠性直接影響到新能源對(duì)化石能源的替代，關(guān)系到風(fēng)力發(fā)電的安全和效益，因此在進(jìn)行風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)和研發(fā)的時(shí)候，應(yīng)當(dāng)將可靠性指標(biāo)放在第一位，對(duì)設(shè)計(jì)和研發(fā)方式進(jìn)行優(yōu)化，確保風(fēng)機(jī)的質(zhì)量和運(yùn)行穩(wěn)定。設(shè)計(jì)研發(fā)單位應(yīng)當(dāng)在先進(jìn)研發(fā)團(tuán)隊(duì)和科研機(jī)構(gòu)的支持下，與設(shè)計(jì)院、供應(yīng)商以及研發(fā)機(jī)構(gòu)共同進(jìn)行研發(fā)，從而從根本上保障風(fēng)電機(jī)組設(shè)計(jì)合理、研發(fā)可靠、運(yùn)營(yíng)安全，提升風(fēng)電機(jī)組的可靠性。華銳風(fēng)電就曾經(jīng)通過緊湊型風(fēng)電機(jī)組驅(qū)動(dòng)鏈及載荷分流的先進(jìn)技術(shù)，使得風(fēng)電機(jī)組的穩(wěn)定性得到了有效的提升，并且已經(jīng)在實(shí)際的應(yīng)用中取得了相當(dāng)不錯(cuò)的成績(jī)。

3.2建立全生命周期的維護(hù)方案

優(yōu)化對(duì)風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)和研發(fā)只能保障風(fēng)電機(jī)組出廠的可靠性，要想使得其能夠在復(fù)雜的環(huán)境中穩(wěn)定運(yùn)行，還需要建立全生命周期的維護(hù)方案，通過專業(yè)的運(yùn)行維護(hù)能有效提升風(fēng)機(jī)運(yùn)行過程中的穩(wěn)定性。一方面，成立專門的運(yùn)行維護(hù)部門，為風(fēng)機(jī)的運(yùn)行提供及時(shí)、全面且專業(yè)的維護(hù)指南，使得其能夠在第一時(shí)間對(duì)風(fēng)機(jī)所發(fā)生的故障進(jìn)行解決，最大化保障風(fēng)機(jī)的穩(wěn)定、安全運(yùn)行。另一方面，通過現(xiàn)代化智能技術(shù)的運(yùn)用，建立風(fēng)機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)風(fēng)機(jī)的運(yùn)行進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控和預(yù)警，使得運(yùn)維部門能夠牢牢掌握風(fēng)機(jī)的實(shí)際運(yùn)行狀況，以及時(shí)發(fā)現(xiàn)風(fēng)機(jī)故障，采取措施對(duì)其進(jìn)行維護(hù)，使得其運(yùn)維效率得到有效的提升，從根本上保障風(fēng)機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行，提升其可靠性。

結(jié)語：

綜上所述，隨著當(dāng)前環(huán)境的不斷惡化、化石能源日漸枯竭，我國(guó)面臨著嚴(yán)重的能源危機(jī)，利用新能源發(fā)電已經(jīng)在社會(huì)層面上達(dá)成共識(shí)，而可靠性作為衡量新能源發(fā)電質(zhì)量的一項(xiàng)重要指標(biāo)，對(duì)電網(wǎng)的穩(wěn)定性有著直接的影響。天氣和環(huán)境因素是影響新能源發(fā)電設(shè)備可靠性的兩個(gè)重要因素，應(yīng)當(dāng)結(jié)合具體的應(yīng)用情況進(jìn)行具體的分析，同時(shí)要對(duì)風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)和研發(fā)進(jìn)行優(yōu)化，建立全生命周期的維護(hù)方案，確保風(fēng)機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行，切實(shí)保障新能源發(fā)電設(shè)備的可靠性。

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