淺析優(yōu)化風(fēng)電場運(yùn)維管理提高經(jīng)濟(jì)效益的方法

文 | 楊金寶，查顯寶，張健，白文斌

淺析優(yōu)化風(fēng)電場運(yùn)維管理提高經(jīng)濟(jì)效益的方法

文 | 楊金寶，查顯寶，張健，白文斌

中國風(fēng)力發(fā)電在經(jīng)歷了爆發(fā)式增長以后，已逐漸轉(zhuǎn)向了穩(wěn)步發(fā)展的時(shí)期。隨著我國運(yùn)行風(fēng)電機(jī)組數(shù)量的逐年增多，風(fēng)電運(yùn)維市場已成為行業(yè)關(guān)注的新增長點(diǎn)。而目前根據(jù)風(fēng)電整機(jī)制造商與開發(fā)商的合同約定，風(fēng)電機(jī)組的質(zhì)保期一般在3至5年。面對(duì)質(zhì)保期后的風(fēng)電運(yùn)維，如何實(shí)現(xiàn)風(fēng)電機(jī)組價(jià)值的最大化，如何實(shí)現(xiàn)開發(fā)商利潤的最大化，已成為開發(fā)商關(guān)注的重點(diǎn)。開發(fā)商、整機(jī)廠家和第三方企業(yè)均利用各自的優(yōu)勢，爭先整合資源，推行精細(xì)化管理，努力提高風(fēng)電場的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平。

攝影：朱杰

風(fēng)電場運(yùn)維管理的現(xiàn)狀

目前，國內(nèi)風(fēng)電場質(zhì)保期后的運(yùn)維管理，基本是以開發(fā)商自行運(yùn)維為主，部分采用開發(fā)商與整機(jī)廠家或第三方合作運(yùn)維，還有部分采取將風(fēng)電機(jī)組系統(tǒng)分模塊外包運(yùn)維的方式。在現(xiàn)階段開發(fā)商十分重視年度發(fā)電量指標(biāo)考核，而對(duì)20年全壽命周期運(yùn)維重視不足，未形成系統(tǒng)的全壽命周期運(yùn)維方案。雖然開發(fā)商在風(fēng)電場運(yùn)行管理方面經(jīng)驗(yàn)豐富，但因未完全掌握風(fēng)電機(jī)組的核心技術(shù)，在風(fēng)電機(jī)組運(yùn)維檢修經(jīng)驗(yàn)方面稍遜一籌。

同時(shí)，隨著風(fēng)電場裝機(jī)容量不斷擴(kuò)大，以及適應(yīng)電網(wǎng)要求的可靠性和運(yùn)行質(zhì)量要求越來越高，如何使風(fēng)電機(jī)組達(dá)到最佳運(yùn)行狀態(tài)，產(chǎn)生更大的經(jīng)濟(jì)效益，運(yùn)用科學(xué)方法加強(qiáng)風(fēng)電場運(yùn)維管理顯得越來越重要。

風(fēng)電場運(yùn)維管理存在的問題

風(fēng)電場運(yùn)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(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平的關(guān)鍵。

首先，為保發(fā)電量，犧牲定期的檢修運(yùn)維問題比較嚴(yán)重。開發(fā)商20年全壽命周期的運(yùn)維意識(shí)不強(qiáng)，短期行為較多，造成了推遲定檢、簡化定檢的現(xiàn)象普遍存在，且開發(fā)商不參與整機(jī)廠家的運(yùn)維過程，或參與程度較低（如定檢、驗(yàn)收等），造成了定檢的質(zhì)量難以控制與保障。

其次，風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行故障被動(dòng)處理，風(fēng)險(xiǎn)意識(shí)不足。一方面風(fēng)電機(jī)組在質(zhì)保期內(nèi)，開發(fā)商缺少與整機(jī)廠家現(xiàn)場運(yùn)維互動(dòng)交流，未充分掌握風(fēng)電機(jī)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(fēng)電機(jī)組歷史故障檔案。

第三，隨著運(yùn)行時(shí)間延長，備品備件儲(chǔ)備難度越來越大。關(guān)鍵部件的備品備件對(duì)整機(jī)廠家依賴性強(qiáng)；因部件供應(yīng)商不斷整合，越來越多的部件已經(jīng)停產(chǎn)或停售，造成備品備件不能供應(yīng)，且備件價(jià)格越來越高；同時(shí)風(fēng)電場運(yùn)行條件的惡劣性，決定了備品備件的替換不能隨意進(jìn)行。

第四，開發(fā)商對(duì)出質(zhì)保后可能存在的困難評(píng)估不足。國內(nèi)除較少的開發(fā)商外，大部分開發(fā)商均開發(fā)風(fēng)電時(shí)間不長，未經(jīng)歷20年全壽命周期的管理，對(duì)出質(zhì)保后隨運(yùn)維時(shí)間延長會(huì)出現(xiàn)何種問題均不能進(jìn)行有效的評(píng)估。

風(fēng)電場運(yùn)維的各類問題層出不窮，且涉及到各個(gè)方面，從細(xì)節(jié)、小處著手，向管理要效益，解決運(yùn)維管理中存在的問題，是提升經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平的主要手段之一。

優(yōu)化風(fēng)電場運(yùn)維管理的幾點(diǎn)方法

優(yōu)化風(fēng)電場運(yùn)維管理的主要目的是提高風(fēng)電場經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平，而提高風(fēng)電場經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平的實(shí)質(zhì)，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(shè)備發(fā)電量增長，其核心是研究如何提高發(fā)電量。

提高發(fā)電量的手段，主要是控制好兩個(gè)方向，一是保障穩(wěn)定性，減少發(fā)電量損失；一是優(yōu)化機(jī)組性能，提高發(fā)電能力。

影響經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平存在著眾多的關(guān)鍵因素，如機(jī)組運(yùn)行可靠性、管理計(jì)劃有效性和人員效率、備件因素、設(shè)備檢修與運(yùn)維方法、電網(wǎng)和環(huán)境因素等等。本文重點(diǎn)從風(fēng)電場運(yùn)維管理的角度，闡述通過優(yōu)化管理的細(xì)節(jié)，實(shí)現(xiàn)發(fā)電量提升的方法。重點(diǎn)從機(jī)組故障分析管理、定檢管理、主動(dòng)預(yù)防性維護(hù)、人員能力管理、運(yùn)維方式管理、備品備件管理、性能優(yōu)化與改進(jìn)等方面進(jìn)行說明。

一、故障分析管理

目前，各整機(jī)廠家均建立了云平臺(tái)技術(shù)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，有專門的技術(shù)攻關(guān)隊(duì)伍，可系統(tǒng)性、創(chuàng)造性的解決問題。因此，開發(fā)商從質(zhì)保期內(nèi)開始，需主動(dòng)參與整機(jī)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(tái)機(jī)位故障檔案。并從風(fēng)場并網(wǎng)調(diào)試開始，安排相應(yīng)的檢修人員介入或與整機(jī)廠家聯(lián)合培養(yǎng)，盡早培養(yǎng)運(yùn)維人員，以保障自行運(yùn)維能力。同時(shí)，通過參與風(fēng)電機(jī)組故障的分析與處理，掌握整機(jī)廠家對(duì)機(jī)組故障的詳細(xì)分析，了解故障對(duì)機(jī)組的影響及風(fēng)險(xiǎn)，以便決策運(yùn)維方式，如維護(hù)、維修、更換、優(yōu)化等。

二、定檢管理

（一）因地制宜，推行差異化維護(hù)檢修策略

根據(jù)工程建設(shè)情況，風(fēng)電場調(diào)試并網(wǎng)一般多為11月到次年3月，按正常標(biāo)準(zhǔn)，年度定檢也應(yīng)在此11月到次年3月。而北方地區(qū)此段時(shí)間一般為大風(fēng)季節(jié)，因此結(jié)合機(jī)組并網(wǎng)時(shí)間，合理微調(diào)年度定檢時(shí)間，提前或延后進(jìn)行，選擇小風(fēng)季進(jìn)行維護(hù)定檢尤為重要。同時(shí)，充分利用開發(fā)商的風(fēng)能資源預(yù)測系統(tǒng)，根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況指導(dǎo)日常維護(hù)，對(duì)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(fēng)電場全年月度風(fēng)速圖，從圖中可以看出，6－9月為低風(fēng)月，為全年定檢維護(hù)的最佳時(shí)機(jī)，12－3月為大風(fēng)月，不適合大面積開展定檢維護(hù)工作。

（二）開發(fā)商重視并參與定檢維護(hù)的質(zhì)量控制

保質(zhì)期內(nèi)定檢不僅是整機(jī)廠家的事，開發(fā)商要派人參與定檢及驗(yàn)收，監(jiān)控定檢質(zhì)量；并需要處理好保發(fā)電量與定檢的矛盾，不按時(shí)定檢雖可保障短期利益，但長遠(yuǎn)看會(huì)影響機(jī)組整體運(yùn)行；且及時(shí)定檢，可避免被動(dòng)性檢修，避免問題擴(kuò)大化、長時(shí)間停機(jī)等。維護(hù)的不足或過度，均不利于風(fēng)電場的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，因而，風(fēng)電場需要不斷完善和選擇最佳的維護(hù)區(qū)間。維護(hù)不足，會(huì)造成設(shè)備故障增多，設(shè)備隱患狀態(tài)運(yùn)行，維護(hù)成本增加；維護(hù)過度，會(huì)造成維護(hù)成本增加，降低了設(shè)備運(yùn)行時(shí)間，運(yùn)行成本增加，如圖2所示。

圖1 河北某風(fēng)電場全年月度風(fēng)速圖

三、主動(dòng)預(yù)防性維護(hù)

預(yù)防性維護(hù)，主要是指針對(duì)設(shè)備可能出現(xiàn)的問題提前采取預(yù)防性措施，防止問題發(fā)生。風(fēng)電機(jī)組有較多系統(tǒng)均可進(jìn)行預(yù)防性維護(hù)，例如傳統(tǒng)變槳系統(tǒng)蓄電池測試、變流器散熱系統(tǒng)維護(hù)、齒輪箱散熱系統(tǒng)維護(hù)、齒輪箱油品檢測、液壓站油品檢測等等，充分發(fā)揮運(yùn)行檢修聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)預(yù)防性維護(hù)管理。

小風(fēng)“待機(jī)”時(shí)，是實(shí)施預(yù)防性維護(hù)的最好時(shí)機(jī)。若在風(fēng)電場遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)，小風(fēng)時(shí)風(fēng)電場全場機(jī)組均在“待機(jī)”狀態(tài)，而沒有機(jī)組在“維護(hù)”狀態(tài)，說明沒有很好的利用時(shí)機(jī)進(jìn)行預(yù)防性維護(hù)。較為典型的預(yù)防性維護(hù)舉例說明如下。

例1：超溫故障，提前預(yù)維護(hù)散熱系統(tǒng)（見圖3）

為保障機(jī)組散熱，在高溫期來臨前，應(yīng)提前在小風(fēng)時(shí)進(jìn)行清理、檢查（特別是春天柳絮、楊絮較多或風(fēng)沙大的地區(qū)），避免高溫時(shí)機(jī)組頻報(bào)超溫故障。包括變頻器濾網(wǎng)清理、檢查變槳驅(qū)動(dòng)器散熱風(fēng)扇、齒輪箱風(fēng)冷散熱系統(tǒng)清理等。

例2：多次復(fù)位，及時(shí)預(yù)處理（見表1）

運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)的小問題、頻繁多次的復(fù)位性故障（復(fù)位后未及時(shí)檢查維護(hù)），應(yīng)在小風(fēng)時(shí)（或日常維護(hù)時(shí)）及時(shí)處理，有時(shí)雖暫時(shí)不影響運(yùn)行，但此時(shí)設(shè)備可能已出現(xiàn)損傷，應(yīng)進(jìn)行預(yù)防性維護(hù)；同時(shí)，運(yùn)行人員與檢修人員應(yīng)加強(qiáng)溝通，遇到頻發(fā)可復(fù)位故障，不要反復(fù)復(fù)位，應(yīng)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(jiān)控，提前預(yù)清理（見圖4）

某些品牌機(jī)組，其某一設(shè)備溫度超限后，機(jī)組會(huì)限功率運(yùn)行。如該例，齒輪箱油溫超過75度，機(jī)組會(huì)自動(dòng)限功率運(yùn)行；因此，在油溫超過70度時(shí)，應(yīng)及時(shí)發(fā)現(xiàn)并安排進(jìn)行齒輪箱散熱系統(tǒng)清理。

圖2 運(yùn)行費(fèi)用與維護(hù)關(guān)系圖

圖3 昆明在3月前、松原5月前需清理濾網(wǎng)

圖4 齒輪箱油溫實(shí)時(shí)監(jiān)控

表1 齒輪箱油溫超溫復(fù)位

例4：充分利用天氣預(yù)報(bào)信息，合理安排預(yù)維護(hù)（見圖5）

利用未來3天的天氣預(yù)報(bào)信息，分析風(fēng)速、氣溫變化、降雨等情況，合理安排預(yù)維護(hù)計(jì)劃。

（一）人員能力管理

1 提高值班人員的意識(shí)和水平

值班人員不是單純負(fù)責(zé)風(fēng)電機(jī)組的啟停及故障報(bào)告，而是要掌握查看風(fēng)電機(jī)組監(jiān)控信息的方法，根據(jù)開發(fā)商與整機(jī)廠家共同制定的關(guān)鍵監(jiān)控參數(shù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)機(jī)組的異常趨勢或狀況，安排檢修人員及時(shí)檢查處理。例如風(fēng)向標(biāo)松動(dòng)或結(jié)冰，對(duì)風(fēng)不準(zhǔn)，導(dǎo)致風(fēng)電機(jī)組功率低于其它機(jī)組；葉片或風(fēng)速儀結(jié)冰，導(dǎo)致功率與風(fēng)速不匹配；多臺(tái)機(jī)組報(bào)相同故障；某臺(tái)機(jī)組某部件溫度明顯高于其它機(jī)組等。

圖5 某風(fēng)電場未來3天天氣預(yù)報(bào)信息

圖6 風(fēng)電機(jī)組運(yùn)維工作工時(shí)解析圖

2 優(yōu)化風(fēng)電場人員工時(shí)資源配置

記錄風(fēng)電場各項(xiàng)工作的人工時(shí)，并進(jìn)行分析；根據(jù)風(fēng)電場人員工時(shí)占比，確定優(yōu)先降低人工時(shí)的方向。例如通過增加人員技能培訓(xùn)等手段，可有效降低故障消除所占工時(shí)比例；通過外包方式在短期內(nèi)增派人員，縮減定檢停機(jī)時(shí)間，提高可利用工時(shí)數(shù)（見圖6）。

（二）運(yùn)維方式管理

據(jù)了解，國際上風(fēng)電場運(yùn)維管理的方式，經(jīng)過多年的發(fā)展，經(jīng)歷了較為漫長的轉(zhuǎn)變過程。在風(fēng)電市場發(fā)展前期，開發(fā)商為節(jié)省成本選擇自己運(yùn)維，但因核心技術(shù)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(fā)商獨(dú)立運(yùn)維成本越來越高。隨后，因第三方運(yùn)維公司運(yùn)維機(jī)型多、運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)豐富，且運(yùn)維成本相對(duì)合理，開發(fā)商選擇了由第三方運(yùn)維公司，但再經(jīng)歷一段時(shí)間發(fā)展后，因第三方公司同樣缺少核心技術(shù)，不能實(shí)現(xiàn)機(jī)組技術(shù)及部件的持續(xù)優(yōu)化和改進(jìn)，機(jī)組經(jīng)歷幾年運(yùn)行后無法長期保持良好的狀態(tài)。最終開發(fā)商選擇跟整機(jī)廠家合作運(yùn)維，以實(shí)現(xiàn)全生命周期內(nèi)機(jī)組持續(xù)良好健康運(yùn)行，達(dá)到控制成本的持續(xù)優(yōu)化。

面對(duì)巨大的市場機(jī)遇，風(fēng)電開發(fā)商、整機(jī)廠家、第三方企業(yè)均已行動(dòng)起來，希望在風(fēng)電場運(yùn)維方面分得一杯羹。這三種力量也都具有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。開發(fā)商往往資金雄厚，有較好的運(yùn)行管理經(jīng)驗(yàn)，可打造自己的運(yùn)維隊(duì)伍，但對(duì)風(fēng)電機(jī)組性能核心技術(shù)缺乏專業(yè)的了解，對(duì)備品備件的供應(yīng)或替換缺少技術(shù)支持。第三方企業(yè)運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)豐富，具有較好的性價(jià)比優(yōu)勢，但各機(jī)型核心技術(shù)欠缺，不利于機(jī)組的長期運(yùn)維，市場空間有待開拓。整機(jī)廠家對(duì)設(shè)備性能爛熟于心，旗下的運(yùn)維公司經(jīng)歷了機(jī)組的安裝調(diào)試和運(yùn)維服務(wù)，具有豐富的運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)，掌握機(jī)組核心技術(shù)，可最快的實(shí)現(xiàn)機(jī)組持續(xù)優(yōu)化及個(gè)性化參數(shù)設(shè)置。

根據(jù)風(fēng)電運(yùn)維市場發(fā)展的規(guī)律，了解了這三種力量運(yùn)維的優(yōu)缺點(diǎn)，對(duì)開發(fā)商來說，正確選擇合適的運(yùn)維方式，對(duì)提高經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平尤為重要。目前國產(chǎn)風(fēng)電機(jī)組普遍存在質(zhì)量參差不齊，運(yùn)維人員技術(shù)較差等問題，而開發(fā)商初期運(yùn)維更重視保持風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行，輕視了維護(hù)和保養(yǎng)，為未來風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行埋下了隱患。為搶占市場，從事運(yùn)維的企業(yè)都把檢修和維護(hù)價(jià)格壓得比較低，且沒有價(jià)格標(biāo)準(zhǔn)和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。因此，與整機(jī)廠家合作，打造“運(yùn)檢一體化”合作運(yùn)維模式，將會(huì)是未來最優(yōu)的運(yùn)維方式。盡快對(duì)運(yùn)維的范圍和質(zhì)量水平建立有效的標(biāo)準(zhǔn)，建立長期的運(yùn)維規(guī)劃，共同致力于優(yōu)化成本和提高效益，將會(huì)是未來風(fēng)電場運(yùn)維的發(fā)展方向。

（三）備品備件管理

備品備件的供應(yīng)與成本，一直是開發(fā)商關(guān)注的焦點(diǎn)。雖然市場上有各種不同的零部件供應(yīng)渠道、特殊的修理、部件的修理等，但部件的質(zhì)量控制將是很大的挑戰(zhàn)。整機(jī)廠家無論從備品備件的供應(yīng)來源，還是從備品備件的質(zhì)量控制，都具有先天的優(yōu)勢。供應(yīng)來源于其戰(zhàn)略合作伙伴，即使停產(chǎn)設(shè)備的備件，整機(jī)廠家也會(huì)通過各種技術(shù)論證和現(xiàn)場試驗(yàn)，找到合適的替代品，而不是其它運(yùn)維企業(yè)隨便從市場上購買類似產(chǎn)品。

從運(yùn)維的效益和質(zhì)量上看，開發(fā)商與整機(jī)商建立聯(lián)動(dòng)的保障機(jī)制，合作建立聯(lián)合庫房將是一種雙贏的策略。開發(fā)商每年支付一定比例的費(fèi)用，由整機(jī)廠家負(fù)責(zé)備品備件的儲(chǔ)備與管理，利用整機(jī)廠家較好的物流體系，可保障所有各類備件的快速響應(yīng)。

（四）優(yōu)化機(jī)組性能，提高發(fā)電能力

利用開發(fā)商與整機(jī)廠家合作運(yùn)維的模式，開發(fā)商可與整機(jī)廠家保持密切溝通，實(shí)現(xiàn)信息共享，優(yōu)先獲得機(jī)組的最新技術(shù)、最新性能優(yōu)化方案等信息，可優(yōu)先實(shí)現(xiàn)機(jī)組的性能優(yōu)化，獲得收益提升。

通過對(duì)特定風(fēng)電場和特定機(jī)組進(jìn)行性能和運(yùn)行狀況評(píng)估，有針對(duì)性地優(yōu)化、改進(jìn)和升級(jí)，可達(dá)到風(fēng)電機(jī)組發(fā)電量提升的效果。隨著新技術(shù)、新材料的應(yīng)用，多項(xiàng)性能優(yōu)化可一一實(shí)現(xiàn)，如偏航對(duì)風(fēng)校準(zhǔn)解決方案、主控程序優(yōu)化方案、葉片加長改造解決方案、渦流發(fā)生器等，這些風(fēng)電機(jī)組增功技術(shù)預(yù)計(jì)可以提升5%－8%的年發(fā)電量，針對(duì)典型的5 萬kW風(fēng)電場，假設(shè)年平均可利用小時(shí)數(shù)為2000小時(shí)，年發(fā)電量提高5%，可以增加500萬kWh，以0.6元/kWh計(jì)算，每年新增收益約300萬人民幣。

結(jié)語

風(fēng)電作為我國的第三大能源產(chǎn)業(yè)，風(fēng)電運(yùn)維行業(yè)蘊(yùn)含著巨大的市場需求。這更要求風(fēng)電場的運(yùn)維管理與時(shí)俱進(jìn)，盡快建立清晰的運(yùn)維標(biāo)準(zhǔn)和完善的運(yùn)維評(píng)價(jià)體系。利用各種專業(yè)化、智能化的管理手段，整合數(shù)據(jù)資源，控制管理細(xì)節(jié)，實(shí)現(xiàn)高效運(yùn)維，創(chuàng)造更佳的盈利能力，全面提高經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平，使開發(fā)商的運(yùn)維成本大幅下降，獲得更好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

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