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润阳能源：孤儿机组的深度技改与重生

近日，首届（2021）全国风力发电机组技术改造年会在北京隆重召开。中国大唐集团有限公司、中国广核新能源公司、华电山东新能源有限公司、华能集团清洁能源技术研究院有限公司、龙源电力集团、润阳能源技术有限公司、中车株洲所有限公司等企业代表参加了本次会议。

 

首届（2021）全国风力发电机组技术改造年会

 

本次会议以促进提高我国风电机组安全性、可靠性和经济性为主题。与会现场，领导、专家及各企业代表针对“风电场技术改造示范工程案例经验”、“风电机组技术改造新方案”、“风电改造技术路线和研究咨询动态”等议题进行了深入交流。

 

在此次会上，润阳能源技术有限公司副总经理刘昊针对如何定义“孤儿机组”、高耗能企业孤儿机组案例、“孤儿机组”技改价值等话题与现场领导、专家、企业代表进行了分享和交流。
 
- 孤儿机组的四恢复和一改进 -
 
“孤儿机组”一词在最近几年被频繁提出。据不完全统计：2010年时，国内的风电主机厂超过70家，截至2021年上半年，还有13家主机厂有新增订单，具备批量整机生产能力的尚不足20家。近60家“消失”厂商所生产的机组，已经或即将成为“孤儿机组”。
 
“孤儿机组”分为三类：第一类是比较典型的整机厂破产倒闭（没人管），例如天威、华创等；第二类是公司还在，但无风电业务、不再生产主机（没能力管），如常牵－新誉、航天万源等；第三类是公司还有风电业务，但对于出保风场不再进行服务（没意愿管），如北重、锋电能源等。
 
 
“孤儿机组”主要存在四个问题，可以归纳为“老、弱、病、残”。“老”是指技术落后，近几年未更新迭代且部件老化、维护不到位等问题。“弱”是指发电效率低，有些机组甚至不能满发。“病”是指运行不稳定，关键部件故障频发，故障得不到及时的处理。“残”是指备件无法供应，风机运行数据记录缺失。
 
此外，“孤儿机组”普遍存在：数量不多、比例不大，单个项目业主痛点明显；机型设计相对繁杂，单个机型装机数量从一台到上千台不等；技术路线不统一，技改开发门槛和成本相对较高等问题。这直接导致了，相对于其他类型的风电机组技改，针对“孤儿机组”的技改很难形成市场规模。
 
 
基于上述情况，我们把“孤儿机组”的改造方向定义为“四恢复和一改进”。首先，是恢复机组的完整性。有些机组在生产过程中，或生产后没有运到现场就已经倒闭。这些机组大部分都存在于工厂里，在改造前就需要对这些机组做一个整体的恢复。另外一部分已经投入运行的“孤儿机组”由于缺乏备件的支持，现在已经残缺，所以需要针对残缺机组，充分利用原机组部件，使机组恢复完整。
 
其次是恢复运行，保证机组可持续的安全稳定运行。第三个是恢复性能，让机组恢复最佳发电状态，提升机组功率曲线。第四个是恢复监控，保证机组可以实时监控、数据存储完整、可追溯历史记录。在上述恢复机组完整、稳定、可控、高效的基础上进行升级和持续改进。进行功能的扩展，如高穿、一次调频等技改升级。
 
- 孤儿机组的全面诊断及评估 -
 
 
“孤儿机组”的解决方案同样分为四部分。 “体检” 的目的是进行需求收集和痛点分析； “确诊”的目的是确认技改范畴； “治疗”则相当于技改、执行、交付的阶段； “定期复查”，是指技改完成之后需要持续的运维和持续保障，确保“孤儿机组”在技改完成后稳定运行。
 
分享一个国外“孤儿机组”深度技改的典型案例。该风机是日本川崎1.5MW中速永磁机组，在国内仅此一台，于2011年9月安装调试，2012年4月并网发电， 2013年12月出质保。2013年至今 ，风机可利用小时数逐年下降，运行非常不稳定。据业主描述，该风机很难持续运行半小时以上。
 
该风电机组的“孤儿机组”特征非常鲜明。首先，这台风机是全功率中速永磁机组，在国内并不多见，配件非常难寻。原机组系统设计复杂，齿轮箱、发电机等各个子系统均有独立的控制器，整机共十几个通讯子站。同时，该机组配置比较先进，属于2011年代机组的高配，配有液压半自动盘车，叶片及塔筒载荷监测，塔筒阻尼系统，同时偏航配置有独立的变频软启系统。此外，由于整机封闭，导致机组故障停机后，无法准确读取故障信息并及时处理和消缺。
 
当前，机组原厂商已经失联，日本川崎深耕余热和生物质发电及水泥设备领域，已经不再涉猎风力发电行业。业主作为使用者，对风机并不了解，仅仅依靠自有检修班组进行后期的运维检修，难以达到预期效果。
 
对于该“孤儿机组”的业主而言，主要存在四大“痛点”。第一是整机及部件方面：机组无法满发、振动过大、故障频发以及缺乏备件支撑。第二是运行及记录统计方面：由于风机没有监控系统，所以运行数据记录几乎没有，且看不见运行状态。第三是机组发电时长方面：该风机长期处于半停运状态，年等效满发电小时数尚不足400小时。最后是场内运行维护情况：业主进行的不定期维护难以达到风电机组的稳定运行要求。
 
润阳能源根据以上情况，对该机组进行了全面的技改诊断及评估，并且凭借丰富的老旧机组改造经验和扎实的技术积累可以进行进一步的技改。
 
 
通过对业主的资料，包括图纸、部件参数等深入调研，对风机的电控系统和机械部件做深入摸排，吸收和转化原有设计资料，通过充分评估部件技改和更换的经济性，寻找最优路线。也就是花最少的钱但却能让风机达到最好的发电效率。因为这台机组没有监控，所以我们在现场安排了运维人员驻扎，一周之内就能摸排出所有问题。最终，确定了在风机整体大部件不变的情况下，采用风机主控系统软件及部分关键部件替换、重新开发主控软件、应用最新控制策略的整体解决方案。
 
值得注意的是，孤儿机组在技改之前，首先要对机组的安全进行保障。润阳能源对叶片、轮毂和塔筒进行了极限和疲劳的载荷验证，对稳态风和湍流风情况进行了仿真及参数寻优，对控制策略进行了优化，目的是最大限度地保证控制策略能安全、稳定，从而达到效率最优。
 
- 孤儿机组技改价值分享 -
 
在这台“川崎1.5MW中速永磁机组”深度技术改造过程中，润阳能源技改方案分为四个部分。第一部分是替换机组主控程序，优化控制策略并且优化部分主控卡件；第二部分是更换变桨驱动器、变桨编码器以及变桨控制程序；第三部分是更换滑环并优化传动系统的部分传感监测；最后一部分是新配SCADA系统，增加手机APP远程监视。
 
 
从前期的确定需求痛点评估、解决方案、合同签订，再到完成技术改造、并网发电，本次深度技术改造项目仅用时80天。从2020年12月10日入厂进行机组的排查，各种部件、程序的测试，到12月29日风机并网，再到2021年1月初的SCADA系统和远程APP监视调试完成，润阳能源凭借扎实的技术积累和丰富的实施经验，不足20天即完成现场技改既定目标。
 
2021年1月至今，技改后的“孤儿机组”逐渐恢复平稳运行。在机舱和塔底都有配备了相应的操作屏，能更加清晰地显示出机组的运行数据以及运行故障。厂区内，配备了可监控的SCADA系统，在手机端同时配备了APP 远程监视软件。汉化的监控系统和故障代码，使得每个故障都能清晰可视、实时快速发现并找到具体成因。
 
通过深度技术改造，该机组平稳运行后最终呈现的效果可以归纳为“三提高和三降低”。发电小时数在原有的基础上增加了1000+小时；可利用率提升接近50%；经济收益经过测算大约是原来的3.6倍。运维成本降低了近40%，故障率降低了42.6%；以工业电价计算，企业每年大约能节省80万元购电成本。据统计，风机经过技改后半年发电量达到技改前两个自然年发电量累计总和。
 
 
“稳、准、快、优”是润阳能源在“孤儿机组”深度技改项目中展现的突出点。准——精准获取客服需求，定位机组病灶；稳——评估最优、最稳妥技改范围的制订；快——快速执行高效技改，交付健康机组；优——在技改完成后提供全优价值管理与智慧运维服务。通过润阳能源进行风机技改后，使得“孤儿机组”重新焕发出新的价值和活力。
 
润阳能源技术有限公司是明阳集团旗下的风电场全生命周期价值管理和服务提供商。明阳集团的资源与技术优势为润阳能源植入了良好的基因和扎实的技术底蕴，润阳能源拥有以风机控制系统软件核心开发能力辐射的整体解决方案，依托客户为先的理念，凭借敏捷的服务，快速攻坚，敏捷迅速打造解决方案到交付、综合运维全系优质服务，进而最大限度地降低业主改造投入，通过技术创新创造最优经济收益。
 
近年来，润阳能源在国内外孤儿机组改造项目中成果瞩目。先后对华创、天威、航天万源、锋电能源、北重等8个孤儿机组厂家，300+国内外主流双馈、直驱、中速永磁机组的“孤儿机组”实施主控为主、变桨、变流器、SCADA、叶片提效等全方位的技术改造。
 
 
今天，随着主机制造厂的不断减少和新增装机不断集中，越来越多由“孤儿机组”带来的问题和困扰也愈发明显。通过对孤儿机组的技改和深度治理，不仅可以让风机重获新生，经过“一机一案，精准技改”的风电机组；经过改造后的不良少年还是好青年——技改难度虽大，但意义更大。