新能源發電設備可靠性影響因素的分析

曹江春

摘 要：我國要大力發展可再生能源已經形成共識。但可再生能源并網有一個大障礙在于其發電具有波動性、間歇性與不可預測性。發電并網比例上升，電網波動性顯著增加，穩定性降低，成本大幅度提高。因此，為了實現新能源大規模應用，必須確保新能源發電設備的可靠性。基于此，本文主要對新能源發電設備可靠性的影響因素進行了相應的分析，以供相關人士參考。

關鍵詞：新能源；發電設備；可靠性；影響因素

中圖分類號：TM61 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）04-0179-01

1 新能源發電設備可靠性影響因素分析的重要性

2014年，中國可再生能源發電量為1.2萬億千瓦時，占總發電量的22%。其中水電最高，核電次之，以風電與光伏為代表的新能源總發電量為1794億千瓦時，占比僅為3.24%。按現有發展進度折算，到2020年，水電與核電可能新增約3000億千瓦時，因此，風電與光伏需要填補4000億千瓦時的發電缺口。風電光伏并網比例必然超過5%，甚至有可能接近10%。

我們看到，傳統儲能的主要形式為抽水蓄能電站，然而抽水蓄能電站的建設由于選址的限制，很難與風電光伏配合，因而難以滿足“十三五”新能源裝機的發展要求。因此，五至十年內，不斷提高新能源發電設備的可靠性是解決新能源發電并網問題的必經途徑。新能源發電設備的迅速發展，可以高效地與新能源發電進行轉換。

目前，對于新能源發電設備可靠性的影響因素已日益受到了政府的關注，國家能源局已經委托中國化學與物理電源行業協會啟動國家儲能產業“十三五”規劃大綱的編寫工作，以指導與推動新能源發電設備可靠性的發展。大綱編寫意見指出：應用高質量的新能源發電設備，提高電網系統可靠性和安全性，減少備用需求及停電損失；作為用戶側輔助電源，提高電能質量和供電穩定性，保障電網安全、穩定運行；作為分布式發電及微電網的關鍵技術，穩定系統輸出、備用電源、提高調度靈活性、降低運行成本、減少用戶電費。

2 新能源發電設備可靠性的具體體現

新能源發電設備的可靠性應以提升電網穩定性為目的，可以認為新能源發電設備所有者為電網與電力公司，目的是降低電網成本；之后又指出新能源發電設備應在分布式發電與微網側發揮作用，可以認為用電單位為新能源發電設備的所有者，目的是發揮其經濟效益。這兩大目標所對應的主體結構不一致、目標不一致，可能不能同時達到最優。

新能源發電設備的經濟性應體現為發電收益大于發電成本。從電網側來看，新能源發電設備的主要目標是調節峰谷，減少新能源發電對電網的沖擊。因此，電網的發電收益體現為發電過程中所導致的電網成本的降低。

現階段中國新能源發電比例很小，峰谷電價等分時電價的制定無須考慮新能源發電的影響。但峰谷電價與電力需求具有正相關性，運用可靠的發電設備可以同時優化上述兩大目標。然而當新能源發電占到一定比例后，供需雙方的作用將使電力需求的峰谷結構發生改變，新能源發電不存在燃料成本，其運行成本可以忽略不計，電網運行成本由扣除新能源發電的其他發電部分決定。

可靠的新能源發電設備能夠幫助電網進行調頻調峰，同時在不增加電網容量的情況下提升可再生能源的消納能力。但在市場交易中外部性是無法得到體現的，這就需要通過補貼等手段進行調節。

產業方面，鑒于新能源發電設備對于可再生能源發展的重要作用，應該對相關研發給予補貼與扶持。特別是在技術發展的初期階段，由于技術積累水平和市場規模等因素的制約，新能源發電設備可靠性的研發收益可能無法覆蓋其成本。這就需要在政策上對于新能源發電設備可靠性研發進行扶持，在制定產業政策時，應特別注意激勵機制的合理性，以避免浪費補貼。

3 計及影響因素風機可靠性分析

度電發電成本（LCoE）是指一臺風機的安裝和運行凈成本與該風機壽命周期內預期發電量的比值。度電發電成本受到若干因素的影響，其中一個關鍵因素就是風機可靠性。多個業內研究項目發現，變槳系統是對風機故障率和停機時間影響最大的因素之一。變槳系統一般工作于風機中環境嚴苛的旋轉輪轂內，和風機其他關鍵零部件相比，變槳系統面臨的環境包括極端的溫度、濕度和振動，都會對風機可靠性有很大的影響。盡管變槳系統在風場的固定資本投入占比不到百分之三，與變槳相關的停機時間在風機總停機時間中卻占到近四分之一。

3.1 不斷優化變槳系統的設計

在今天風場在運行大部分風機的變槳系統由大約2000至3000個部件構成，這一數字由于變槳廠家的不同而變化。穆格變槳系統三代由于采用了高度集成化的優化設計，部件數量得以明顯的減少；同時，系統的可靠性高于大部分在運行風機的變槳系統，最高差別可達三倍之多。這將顯著降低風機停機時間和減少計劃外停機檢修甚至定期維護的工作量。通過降低傳統復雜變槳設計帶來的故障率和停機時間，穆格變槳系統三代大幅提升了生產效能；風場業主和主機制造商們都將從中獲益，從而在全球日益復雜的市場環境中變得更有競爭力。

3.2 研發為本，打造完善產業鏈體系

風機設備的質量和可靠性不僅直接影響風場發電效益，關乎清潔能源對傳統能源替代力的提升，更涉及到風電場的人員生命和財產安全。因此，需要把風機高可靠性放在第一位的產品戰略和研發理念，從根本上確保風機質量和穩定性。

為了踐行這一理念，需要建立了以“千人計劃”專家為帶頭人、博士、碩士為主體的全球領先的研發團隊，并擁有國家能源海上風電技術裝備研發中心等先進的科研機構，致力于通過與客戶、供應商、設計院、認證機構并行開發模式，實現風電機組在設計、制造和運營方面的高可靠性。如華銳風電于2008年生產下線的國內首臺海上3兆瓦風電機組，采用緊湊型風電機組驅動鏈及載荷分流等先進技術，大大提高了風電機組的可靠性和壽命，有效保證了風電機組的穩定運行，創下了批量穩定運行五年以上的業績。

3.3 立足服務，全生命周期保障方案

如果說設計和生產環節決定了風電機組的先天基因的話，風機安裝后的運行維護服務則從后天養成上保障了風機在運行環節的穩定性。近年來，向運維要效益，得到了越來越多風電場開發商的認同。一位風電場開發商表示，專業的運維服務能夠為風機的穩定運行帶來可靠保障，而維修不當反而會損壞風機的正常性能。目前，大多數整機制造商也認識到，高質量的運維服務將有效提升風機穩定性，加深客戶對其風機品牌的信賴，促進雙方共贏。

因此，對于風機設備的運行維護，需要提出全生命周期的理念，將把風電打造成為以裝備制造為基礎，以產業化增值服務為目標的服務型企業，不僅保障質保期內風電機組的穩定運行，也為已經出質保的風機保駕護航。主要需要從以下幾個方面入手：1）成立風電有限公司，負責風機的運行維護服務。全面專業的服務內容，及時的服務應答速度和健全的備件體系使風機故障能夠在第一時間得到解決，最大化提升風場效益、保證風機安全運行，得到了客戶的高度認可。2）積極利用智慧技術，打造了智慧風場開發平臺，通過高精度風電場功率預測、智慧風電場能源管理、智能風機監控及預警、全生命周期風機信息管理、智能風機在線檢測系統等方式，實現了發電量和運維效率的顯著提高，讓運維服務發揮更大價值。3）從風電整機制造商向新能源綜合解決方案提供商升級轉型的發展戰略。在新戰略下，將在立足專業化高端整機制造服務的同時，進一步推進產品技術升級，并開拓客戶服務增值、新能源產業投資運營等新領域，完善企業布局。

4 結語

綜上所述，可再生能源發電并網是世界性的難題，需要在合理的市場機制下，由電價經濟性杠桿與儲能技術物理性杠桿同時發揮作用。經濟方面的研究著眼于如何優化資源配置，其對促進新能源發電設備可靠性的健康發展可能更為重要。這就要求對市場機制的設計、價格杠桿的應用、補貼政策的制定以及產業的規劃等一系列問題，進行系統性的評估。只有經濟研究與技術研究兩條腿走路，才能促使新能源發電設備具有更高的可靠性，更有效地同時實現改善電網穩定性與實現盈利的兩大目標。

參考文獻

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