優化風電場運維管理、提高經濟效益的方法研究

李炳花

（中國廣核新能源控股有限公司，北京100070）

1 引言

電能是現代社會最重要的能源形式之一，各行各業的生產、人們的日常生活都離不開電能的供應。傳統的火力發電方式會產生大量的二氧化碳，一旦碳排放量超過一定數值，全球溫度將會再度上漲，人類屆時將面臨新的環保危機。因此，盡一切可能減少碳排放量是可持續發展理念的主旋律之一。鑒此，風力發電作為一種清潔發電方式受到了前所未有的關注。為了提高風電場經濟效益，必須全面提高運維管理水平。

2 風電場運維管理工作中存在的問題

2.1 針對風電場設備全壽命周期的運維意識不足

風電場的運維管理工作是一項極其復雜的系統工程，特別是設置在我國西北與北方地區的大型風電場，超出質保期限之后的定檢等運維工作均通過招投標、詢價采購等形式與第三方專業機構合作開展。由此造成的后果是，風電場與第三方運維機構的工作目標不一致——為了保證發電量，運維合同中擬定的檢修運維方案需要雙方根據現場情況不斷協調，可能無法按照全壽命周期的運維理念實施。如果風電場的運維管理工作并未委派第三方負責，業主方將面臨運維成本高、檢修人員缺乏的困難，導致犧牲設備定期檢修運維時間的現象更加嚴重。此外，隨著出質保風電場的大量增加，重大設備質量問題仍未得到根本控制，質保后運維工作仍然面臨巨大難點和挑戰。

2.2 設備故障處理處于“被動狀態”

由于風電場日常運維工作量大，導致風電場有些機組設備出現故障，已經嚴重影響正常生產時才“被迫”維護，導致出質保后設備生產商與風電場之間的技術交流出現斷層，風電場也未能針對機組設備故障的成因進行仔細分析和如實記錄，致使風電機組的“一機一檔”設備健康管理工作無法深入開展，直接影響設備的可利用率。

2.3 隨著使用時間的累積，備品備件儲備難度加大

任何設備都有壽命周期，如果前期維護工作不到位，則設備隱藏的損毀之處會越來越多。事實上，隨著使用時間的累積，運維人員按需儲存備品備件的難度會逐漸加大。具體表現在如下方面：

1）當前，風電機組設備的備品備件對生產廠商的依賴性極大，除了從原廠購置零部件之外，運維采購負責人員很難在市場中成功尋找到其他廠家生產的替代零部件。

2）設備更新換代的速度正在逐漸提升，加之很多零部件的供應商出現“整合”情況，導致一些零部件已經陷入停產、停售狀態。面對此種情況，風電場運維工作陷入了僵局：（1）若是沿用當前的機組設備，需要額外支出成本，用以購買市場存量越來越少或處于壟斷狀態的老型號設備零部件；（2）如果對舊設備進行退役報廢處理（同時需引入新設備），或是進行改造處理，短期內支出的成本遠遠超過購買老型號零部件的成本；（3）隨著出質保風電場數量和機組類型不斷增多，業主需要管理的備品備件數量愈發繁雜，對信息化手段等提出了更高的要求，因此，運維管理的采購工作面臨極大的問題。

3 優化風電場運維管理體系，提高經濟效益的有效方式

3.1 完善風電場運維管理安全性評價和技術監督工作體系

實際上，風電場提高風電設備運維管理質量的核心目的在于使設備時刻處于穩定運行狀態，進而保證穩定發電，避免經濟效益受到削減。在此基礎上，若能不斷提高設備性能，風電場的發電能力（發電效率）也會隨之提升，最終實現提高經濟效益的目的。由此可見，完善風電場運維管理安全評價和技術監督工作體系存在必要性。具體而言，可采取以下措施：（1）在場區內構建安全監控體系，通過信息化手段對風電設備的運行狀態、風力強度、設備負載量、是否存在故障等信息進行全面監控，發現問題時需根據實際情況對單臺或整組風機進行啟停操作，進而對故障設備進行即時檢修[1]。（2）整合風電場風功率預測數據并校驗其準確性，周期性導出平均風速、有效風速等信息，進而與風機監控系統、風電場測風塔及有關部門圍繞數據進行全面校驗，分析風能變化趨勢，做好一切運維準備工作，如在未來一段時間內，風力持續處于較高水平，意味著設備負載量會大幅度增加。在此情況下，運維人員必須依照歷史記錄，提前準備好備品備件，并制定系統性的設備故障檢測與零部件先后更換方案，避免出現大量設備集中運維的情況。

3.2 制定運維管理及運維采購紅線事項，嚴格遵照風電場運維管理體系開展工作

風電場運維管理人員必須科學制定風險紅線事項，并遵守運維采購工作規程，嚴格遵照風電場運維管理體系開展相關工作[2]。風電場安全運維評價工作的結構組成如圖1所示[3]。左下角閉環中提到的“評價”需要按照安全生產標準開展現場自查評價，主要內容包含加強對風電項目檢修運維階段危險源的辨別，預防并控制可能出現的設備故障，提前制定應急處理機制?；谠撃康木幹骑L電場風險紅線事項后，所有運維環節均需嚴格遵守相關規程。風電場運維管理體系成功構建的目的在于提高運維檢修效率，希望最大限度地提高設備檢修成功率。圍繞該體系開展的相關工作在生產計劃、安全保障、評估標準、有效手段等方面的結構體系如圖2所示。

圖1 風電場安全運維評價體系結構示意圖

圖2 風電場運維管理體系與其他控制環節關系示意圖

3.3 多措并舉加強運維期采購集約化管理水平

為提升風電場運維期經濟效益，確保備品備件及時、價廉的供給。首先，應制定完備的集約化采購策略及標準的運維采購工作程序，可以通過簽訂框架協議的形式保證同一風機品牌備件的高效供應，也可以通過集中采購對某些通用性強的易耗品（如碳刷、濾芯）及油品形成規模采購。其次，完善的供應商尋源機制可以解決部分老舊或壟斷備件的替代問題。最后，完備的信息化手段，例如，電子商城等采購平臺，是“互聯網+”形勢下加強備件聯儲供應的良好實踐。

3.4 圍繞風電場設備“退役改造”提升經濟效益開展相關工作

3.4.1 我國風電場1.5 MW及以下機組未來10年分階段退役改造需求的潛力預測

目前，我國已經成為全球最大的風電市場，我國設定的目標為：在2030年前使碳排放量達到峰值，之后逐漸降低；到2060年前后，全面成長為實現“碳中和”目標的中堅力量。截至2020年年初，我國風電并網容量已達到2.1×108kW[3]。按照風電場設計和運營期20～25年的一般標準，大量風電設備除了常規運維之外，未來10年內分階段退役及改造相關需求值得審慎考慮。如圖3、圖4所示，我國風電場各容量分類的機組設備在未來10年內面臨的改造壓力較大。

圖3 2021—2025年我國風電場機組設備分階段退役及改造面臨壓力預估

圖4 2026—2030年我國風電場機組設備分階段退役及改造面臨壓力預估[4]

3.4.2 圍繞原有機組進行技術改造方案的成效預估

目前，我國風電場機組設備整體運維的備選方案中的第一個方案即為對所有風電場機組設備進行全面改造（少量已經徹底達到退役報廢標準的設備除外）。具體的運維改造思路為：繼續使用原有塔筒、電氣設備，只擴大設備葉片長度等，可提高機組設備的單位發電效率，同時減少資金投入。但是，此方法無法增加設備使用壽期。

3.4.3控制發電及改造總規模的前提下，部分機組提前退役并更換新機組的成效預估

我國風電場機組設備整體運維的備選方案的第二種改造方案為，對每年的總體改造規模進行控制，對一些剩余價值不高的機組設備進行提前報廢（退役）處理，在成本及經濟效益得到有效控制的情況下完成新設備的更換。比如，將風電場中1/2或1/3的1.5 MW機組設備替換為更高容量（如3 MW、5 MW等）的變槳風電機組，將原有設備作為一種備用發電設備，投資成本可控制，收益可期。

3.4.4 所有機組一次性提前退役并更換新機組的成效預估

如果一次性對所有機組設備進行提前退役，全部更換為新的機組，則根據我國現實情況，盡管長期收益率加上原項目殘值也較為可觀，但前期投資巨大，僅靠風電企業幾乎無法承受。

4 結語

綜上所述，風電場機組設備的運維管理工作開展模式影響風電場短期利益和長期利益。如果缺乏良好的運維機制，追求短期利益而忽視運維管理工作，則風電場的經濟效益無法得到保證。因此，注重“當下”便是注重“長遠”，運維管理工作不可忽視。