優(yōu)化風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)維管理提高工業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的方法研究

周靖翔

（國電朔州海豐風(fēng)力發(fā)電有限責(zé)任公司， 山西 朔州 036800）

0 引言

近幾年，我國各地運(yùn)行的風(fēng)電機(jī)組數(shù)量逐年遞增，風(fēng)力發(fā)電逐步進(jìn)入穩(wěn)步發(fā)展階段，風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)維成為影響風(fēng)力發(fā)電行業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的主要影響因素之一。科學(xué)、有效的風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)維管理，可以實(shí)現(xiàn)風(fēng)電機(jī)組價(jià)值最大化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)利潤最大化。因此，探索風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)維管理優(yōu)化方法，對(duì)于提升經(jīng)濟(jì)效益具有重要意義。

1 風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)維管理內(nèi)容

風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)維管理包括設(shè)備運(yùn)維管理、人力資源管理、備品備件及消耗性材料管理、技術(shù)管理和安全管理等模塊，各模塊管理內(nèi)容見表1。

表1 風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)維管理內(nèi)容

2 風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)維管理現(xiàn)狀

我國風(fēng)電大規(guī)模投運(yùn)時(shí)間較短，尚未形成系統(tǒng)的運(yùn)維管理模式。當(dāng)前，風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)維管理模式多為開發(fā)商自行運(yùn)維，局部為開發(fā)商與整機(jī)廠家、第三方合作運(yùn)維，或者將風(fēng)電機(jī)組分系統(tǒng)外包運(yùn)維，不同風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)維主體優(yōu)劣勢(shì)表現(xiàn)見表2。

表2 不同風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)維主體優(yōu)劣勢(shì)表現(xiàn)

由表2 可知，不同風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)維主體各有優(yōu)劣勢(shì)。在以開發(fā)商為主體的風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)維過程中，發(fā)電量指標(biāo)考核是風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行管理的主導(dǎo)，風(fēng)電機(jī)組核心技術(shù)掌握不足，風(fēng)電機(jī)組運(yùn)維檢修經(jīng)驗(yàn)稍顯薄弱。而以整機(jī)廠家、第三方為主體的運(yùn)維工作存在關(guān)注內(nèi)容片面、全壽命周期運(yùn)維理念無法完全落實(shí)等問題[1]。

3 基于提高經(jīng)濟(jì)效益的風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)維管理優(yōu)化方法

3.1 強(qiáng)化全壽命周期管理意識(shí)

強(qiáng)化全壽命周期管理意識(shí)是確保風(fēng)電場(chǎng)更好地適應(yīng)國家電網(wǎng)公司并網(wǎng)規(guī)定要求、提高設(shè)備運(yùn)行質(zhì)量可靠性、產(chǎn)生更高經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)鍵。因此，在尊重風(fēng)力發(fā)電安全生產(chǎn)客觀規(guī)律的基礎(chǔ)上，風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)維管理主體應(yīng)綜合考慮生產(chǎn)成本內(nèi)控、風(fēng)電場(chǎng)規(guī)模和經(jīng)營專業(yè)范圍，強(qiáng)化落實(shí)全壽命周期管理意識(shí)，指派專業(yè)運(yùn)維人員完成風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行設(shè)備巡檢、事故處理、倒閘操作以及設(shè)備線路常規(guī)定檢、維護(hù)消缺，確保風(fēng)電場(chǎng)獨(dú)立一體化運(yùn)行目標(biāo)順利實(shí)現(xiàn)[2]。

在全壽命周期管理理念指導(dǎo)下，風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)維管理人員可以從人力資源、現(xiàn)場(chǎng)管理和備品備件及易耗品管理幾個(gè)維度，進(jìn)行一體化管理方案設(shè)計(jì)。在人力資源管理方面，風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)維管理主體可在招聘專業(yè)水平高、技術(shù)經(jīng)驗(yàn)豐富人才的基礎(chǔ)上，借助專業(yè)崗位區(qū)分、管理崗位增設(shè)手段，明確由場(chǎng)長統(tǒng)領(lǐng)安全專工、值班長和生產(chǎn)專工的管理模式。其中，安全專工負(fù)責(zé)購置安全工器具、配備安全標(biāo)志牌與防火防汛工具，加強(qiáng)安全培訓(xùn)，降低風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行過程中的安全風(fēng)險(xiǎn)。值班長負(fù)責(zé)對(duì)運(yùn)行人員、維護(hù)人員進(jìn)行培訓(xùn)，促使其明確工作職責(zé)。生產(chǎn)專工需要持續(xù)強(qiáng)化個(gè)人專業(yè)技術(shù)水平與職業(yè)素養(yǎng)，降低風(fēng)電生產(chǎn)過程中人力資源風(fēng)險(xiǎn)，具體人力資源配置情況見表3。

表3 風(fēng)電場(chǎng)人力資源配置情況

在現(xiàn)場(chǎng)管理方面，根據(jù)風(fēng)電場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行情況，推進(jìn)風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)維管理標(biāo)準(zhǔn)化。即以生產(chǎn)技術(shù)為出發(fā)點(diǎn)，以統(tǒng)一發(fā)文形式明確全周期運(yùn)行管理工作內(nèi)容、職責(zé)和范圍，確保全部可用規(guī)定、制度以及流程、執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)可追溯。同時(shí)，以風(fēng)電場(chǎng)設(shè)備巡回檢查為重點(diǎn)，對(duì)風(fēng)電場(chǎng)全壽命周期運(yùn)維績效進(jìn)行考評(píng)，并以風(fēng)電場(chǎng)班組為單位開展生產(chǎn)指標(biāo)競(jìng)賽，促進(jìn)人員轉(zhuǎn)變觀念，堅(jiān)持 “應(yīng)修必修、修必修好” 與 “度電必爭” 的原則，切實(shí)落實(shí)全周期高效率管理理念。

在備品備件及易耗品管理方面，風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)維管理主體可以采用多風(fēng)電場(chǎng)大型備件聯(lián)合庫房、各風(fēng)電場(chǎng)易耗備品獨(dú)立庫房的形式，明確風(fēng)電場(chǎng)對(duì)小型易耗易損備品備件管理與儲(chǔ)備權(quán)利。同時(shí)，優(yōu)選地理位置居中、交通便捷的場(chǎng)地建立聯(lián)合庫房，由專職庫管員利用備品備件管理系統(tǒng)軟件集中管理，包括備品備件出庫入庫、計(jì)劃部物資計(jì)劃備品備件到貨驗(yàn)收和儲(chǔ)備定額制定等[3]。

3.2 引入少人值守管理模式

少人值守管理模式是風(fēng)電運(yùn)維智慧化的表現(xiàn)，可以在減少風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)維管理成本的同時(shí)，提高風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)維管理效益。智慧軟件是少人值守管理模式應(yīng)用的核心，Wind OS 軟件較為常用，包括OS 智能監(jiān)控、Enlight 績效管理和Kong 功率預(yù)測(cè)等幾個(gè)管理模塊，相關(guān)管理模式有機(jī)整合應(yīng)用，可以推動(dòng)風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)維管理進(jìn)入數(shù)字化、智能化階段，實(shí)現(xiàn)少人甚至無人值守。其中，OS 智能監(jiān)控模塊主要是以風(fēng)電機(jī)組、升壓站的實(shí)時(shí)狀態(tài)為對(duì)象，經(jīng)移動(dòng)智能端及時(shí)推送風(fēng)電場(chǎng)預(yù)警信息、故障信息，并依托內(nèi)置傳感器集成風(fēng)電機(jī)組健康狀態(tài)信息，經(jīng)PHM健康度管理，預(yù)測(cè)未來一段時(shí)間內(nèi)風(fēng)電機(jī)組部件健康狀態(tài)，為高效開展風(fēng)電機(jī)組維護(hù)工作提供依據(jù)。Enlight 績效管理主要是面向整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)收入潛力、成本，以能量可利用率、風(fēng)場(chǎng)發(fā)電量和時(shí)間可利用率等為指標(biāo)，開展高效精準(zhǔn)分析。比如，利用能量可利用率，結(jié)合實(shí)際發(fā)電量、實(shí)際應(yīng)發(fā)電量的比值，衡量風(fēng)電機(jī)組出力狀態(tài)，探究發(fā)電量損失原因，進(jìn)而評(píng)估風(fēng)電場(chǎng)實(shí)際運(yùn)營水平。Kong 功率預(yù)測(cè)主要是針對(duì)風(fēng)力發(fā)電不穩(wěn)定性特點(diǎn)，依托先進(jìn)集合預(yù)報(bào)算法，有機(jī)整合中國氣象局、歐洲中尺度天氣預(yù)報(bào)中心、美國大氣與海洋局等權(quán)威機(jī)構(gòu)提供數(shù)據(jù)以及風(fēng)電場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，預(yù)報(bào)風(fēng)電場(chǎng)未來4 h 以及3 d 內(nèi)的風(fēng)速、發(fā)電量。據(jù)此，在EMS（energy management system，能源管理系統(tǒng)）管理模式下及時(shí)調(diào)整電網(wǎng)調(diào)度指令，使風(fēng)電場(chǎng)壓線運(yùn)行，最大限度提高風(fēng)電場(chǎng)經(jīng)濟(jì)效益。

3.3 深度應(yīng)用先進(jìn)運(yùn)維管理技術(shù)

大數(shù)據(jù)分析是風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)維管理首選技術(shù)，涵蓋可視化分析、預(yù)測(cè)性分析、語義引擎、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)管理和數(shù)據(jù)挖掘等多種功能，可以縮短風(fēng)機(jī)故障停機(jī)時(shí)間，增強(qiáng)風(fēng)力發(fā)電穩(wěn)定性、可靠性，為提升風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)維管理效率與經(jīng)濟(jì)效益提供保障。因此，風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)維主體可以集中控制中心為數(shù)據(jù)收集關(guān)口，全面收集風(fēng)功率預(yù)測(cè)運(yùn)行數(shù)據(jù)、升壓站運(yùn)行數(shù)據(jù)和測(cè)風(fēng)塔數(shù)據(jù)等。在數(shù)據(jù)收集的基礎(chǔ)上對(duì)風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)維數(shù)據(jù)進(jìn)行深入加工，分析相關(guān)設(shè)備運(yùn)行情況，并遠(yuǎn)程靈活操控相關(guān)設(shè)備，從源頭解決風(fēng)電場(chǎng)設(shè)備點(diǎn)多面廣、管理難度大的問題。

在集中收集風(fēng)電運(yùn)行數(shù)據(jù)并初步應(yīng)用的基礎(chǔ)上，運(yùn)維管理主體可以對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行深度加工，組成風(fēng)電機(jī)組數(shù)據(jù)鏈。進(jìn)而依托大數(shù)據(jù)分析中心，梳理風(fēng)電機(jī)組數(shù)據(jù)鏈中的故障數(shù)據(jù)、運(yùn)行數(shù)據(jù)、檢修數(shù)據(jù)和更換數(shù)據(jù)等，明確大數(shù)據(jù)分析邏輯。隨后，由大數(shù)據(jù)分析中心自動(dòng)深度加工運(yùn)行數(shù)據(jù)鏈，第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)風(fēng)電機(jī)組安全隱患，在以 “風(fēng)機(jī)故障熱點(diǎn)圖” 分模塊展示的同時(shí)，發(fā)出預(yù)警，以便運(yùn)維主體根據(jù)預(yù)警信息調(diào)整風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)維方案，及時(shí)解決風(fēng)電機(jī)組設(shè)計(jì)缺陷、共性缺陷，優(yōu)化風(fēng)電場(chǎng)年度發(fā)電量，增加風(fēng)電場(chǎng)經(jīng)濟(jì)效益。有條件的情況下，運(yùn)維管理主體可以將大數(shù)據(jù)分析與人工智能、云計(jì)算技術(shù)有機(jī)結(jié)合，打造智慧化風(fēng)電場(chǎng)全息管理模式。在智慧化風(fēng)電場(chǎng)全息管理模式中，系統(tǒng)利用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)進(jìn)行風(fēng)速波動(dòng)數(shù)據(jù)、超短期風(fēng)速波動(dòng)數(shù)據(jù)以及相關(guān)數(shù)據(jù)的自動(dòng)處理。進(jìn)而由人工智能技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)根據(jù)處理結(jié)果預(yù)先估測(cè)風(fēng)電機(jī)組故障點(diǎn)，并輸出故障預(yù)警報(bào)告、故障停機(jī)時(shí)間預(yù)估報(bào)告。最終由大數(shù)據(jù)分析技術(shù)支撐以風(fēng)電場(chǎng)最優(yōu)發(fā)電層為基礎(chǔ)的智能場(chǎng)群控制，有效強(qiáng)化風(fēng)電場(chǎng)柔性管理，保障風(fēng)力發(fā)電獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益。

4 風(fēng)電場(chǎng)維護(hù)優(yōu)化后的工業(yè)經(jīng)濟(jì)效益分析

4.1 維護(hù)背景

以某風(fēng)電場(chǎng)為例，某風(fēng)電場(chǎng)2023 上半年平均風(fēng)速為7.25 m/s（2022 年同期為7.23 m/s），最大風(fēng)速為12 m/s，最小風(fēng)速為2 m/s，風(fēng)資源情況良好，年均風(fēng)速相差不大。2023 年，風(fēng)電場(chǎng)開始深度應(yīng)用先進(jìn)大數(shù)據(jù)運(yùn)維管理技術(shù)，打造全周期無人值守維護(hù)模式，

4.2 分析過程及結(jié)果

4.2.1 基于設(shè)備故障停機(jī)損失減少的經(jīng)濟(jì)效益

對(duì)比未維護(hù)前風(fēng)電場(chǎng)設(shè)備故障停機(jī)損失的經(jīng)濟(jì)費(fèi)用與風(fēng)電場(chǎng)維護(hù)優(yōu)化后每年減少設(shè)備故障停機(jī)經(jīng)濟(jì)成本，分析風(fēng)電場(chǎng)維護(hù)優(yōu)化后提高的工業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，維護(hù)優(yōu)化前后風(fēng)電場(chǎng)因設(shè)備故障停機(jī)損失減少的經(jīng)濟(jì)效益見表4。

表4 維護(hù)優(yōu)化前后風(fēng)電場(chǎng)設(shè)備故障停機(jī)

由表4 可知，維護(hù)優(yōu)化后風(fēng)電場(chǎng)設(shè)備故障發(fā)生次數(shù)顯著減少，設(shè)備故障停機(jī)時(shí)間顯著縮短。按設(shè)備故障停機(jī)損失經(jīng)濟(jì)成本1 萬元/h 計(jì)算，在不考慮設(shè)備故障檢修成本情況下，優(yōu)化后，風(fēng)電場(chǎng)經(jīng)濟(jì)效益可提升187 萬元。

4.2.2 基于風(fēng)電場(chǎng)發(fā)電量提升的經(jīng)濟(jì)效益

對(duì)比風(fēng)電場(chǎng)維護(hù)優(yōu)化前后的發(fā)電量，分析風(fēng)電場(chǎng)維護(hù)優(yōu)化后的工業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。維護(hù)后，上半年風(fēng)電場(chǎng)累積發(fā)電量和2022 年同期發(fā)電量對(duì)比見表5。

表5 維護(hù)優(yōu)化前后風(fēng)電場(chǎng)發(fā)電量對(duì)比

由表5 可知，在風(fēng)速一定情況下，維護(hù)優(yōu)化前的風(fēng)電場(chǎng)發(fā)電量遠(yuǎn)小于維護(hù)優(yōu)化后的風(fēng)電場(chǎng)發(fā)電量。按家庭用電單價(jià)為0.59 元/（kW·h）計(jì)算，在風(fēng)速為10 m/s 的情況下，風(fēng)電場(chǎng)維護(hù)優(yōu)化后經(jīng)濟(jì)效益可提升47 200 元。

5 結(jié)語

風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行可靠質(zhì)量要求隨著風(fēng)電場(chǎng)裝機(jī)容量的不斷擴(kuò)大而提高，只有確保風(fēng)電場(chǎng)處于最佳運(yùn)行狀態(tài)，才可以獲得較高的經(jīng)濟(jì)效益。全壽命周期管理意識(shí)引導(dǎo)下的風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)維管理，可以關(guān)聯(lián)生產(chǎn)成本內(nèi)控與定檢消缺，降低維護(hù)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。特別是在少人值守管理模式下，可在保證風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)維管理效果的前提下減少投入，提高工業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)，利用先進(jìn)運(yùn)維管理技術(shù)，可以縮短風(fēng)機(jī)故障停機(jī)時(shí)間，確保風(fēng)電場(chǎng)預(yù)期工業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的順利獲得。因此，相關(guān)人員應(yīng)正確認(rèn)識(shí)運(yùn)用科學(xué)方法加強(qiáng)風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)維管理的重要性，落實(shí)全壽命周期管理理念，引入少人值守模式，進(jìn)行大數(shù)據(jù)技術(shù)、云計(jì)算和人工智能技術(shù)的深度應(yīng)用，確保風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)維管理經(jīng)濟(jì)效益的穩(wěn)步增長。