2021年10月17日-20日,2021北京國際風能大會暨展覽會(CWP 2021)在北京新國展隆重召開。本屆大會以“碳中和——風電發展的新機遇”為主題,歷時四天,包括開幕式、主旨發言、高峰對話、創新劇場以及關于“國際成熟風電市場發展動態及投資機會”“國際新興風電市場發展動態及投資機會”“風電設備智能運維論壇”“碳達峰碳中和加速能源轉型”等不同主題的15個分論壇。
在20日上午召開的風電機組優化升級專題論壇上,北京金風慧能技術有限公司售前解決方案總監錢毅澤發表了《老舊機組核心部件“養生之道”》的主題發言。
以下為發言全文:
錢毅澤:各位行業同仁大家上午好,我是來自金風慧能的錢毅澤,本次由我跟大家分享關于老舊機組核心部件的“養生之道”,一提到養生大家會想到一個俗語,人到中年不由己,保溫杯里泡枸杞。雖然說這是一句俗語,但是可以看到養生對中年人的重要性,所以反觀到風電機組上,目前有很多機組已經步入老齡化的情況。這是我們統計運行10年以上的機組,在2021年的時候整個裝機可以達到了將近4.2萬,其中70%都是兆瓦級機組。隨著這個數據的推演,達到運行10年以上的機組每年以20%的基數往上增長,每年將近有1萬臺次機組進入中年期,步入老齡化這個階段。
面對這么多中年期的機組進入老齡化,我們如何開啟“養生之道”呢?主要是以三個方面,第一個祛體之詬病,主要是通過日常的維護去防患于未然,對機組運行進行全面檢測,包括部件的各個狀態進行異常的判斷。第二個階段固體之根本,去保證設備安裝質量的高效性、工藝的要求,可以保證機組的可靠性。第三個就是強體之機能,要保證整個機組能夠順利的完成它的使命任務,所以就需要把這個機組根本性的問題進行徹底的改造,同時是為了改造它整體性能的提升,讓設備出現故障的幾率無限降低,這樣才能邁向機組無故障的狀態,以后無故障也是今年熱門的話題。我們本次跟大家分享的是強體之機能的一些措施。
如果說10年前風電設備,重點是放在滿足機組穩定性的條件下盡可能降低成本,那么10年后關注的重點是在機組的發電能力、以及產品的壽命、成本收益做一個綜合性的平衡,反饋到機組就是關于機組的安全性問題、高效性以及整個投資收益率的收益性的問題。我們回溯一下客戶目前對老舊機組的痛點,第一個機組設備不滿發,很多時候降容運行的狀態,同時會產生部分備件失效率高達15%的情況。第二個痛點電控部件運行時間較長,大量備件失效換新,生產成本增加20%。第三個風電場大部件失效概率比較高,給機組的安全性、生產成本帶來了巨大的增加,同時還帶來了整個發電量的損失,環比上升30%。
面對這么多痛點問題,要采取什么措施去強體之機能?下面主要介紹幾個方面。第一個關于機組的活動關節的部分,也是機組的軸承,機組軸承的安全性、可靠性是基于安全性運行的可靠性保障。關于機組的運行,主軸、變槳、偏槳軸承,運行長時間之后會發現軸承漏油、發黑、板結的電化,嚴重導致變槳軸承卡死,還有主軸過溫造成機組有失火的隱患。從專業的網站獲取到軸承常見失效類型有四類,第一個裝備不當、潤滑不當、密封不當、疲勞損傷,可以看到具有可控因素的潤滑不當與密封不當占比整個軸承失效的50%,這也是導致整個潤滑油脂污染層的主要原因。圖中是軸承壽命系數以及軸承污染系數的曲線,可以看到在軸承污染系數比較低的切斷下,使用壽命會衰減的很快,所以說我們在日常維護中如果保證整個軸承的污染等級在輕度以上,軸承使用壽命會大幅增加,但是現場實際情況潤滑油脂性能是大幅衰減的,也是造成軸承失效主要的因素。行業老專家跟我們說軸承壽命主要依托的是三分靠質量,七分靠保養,所以突出了整個軸承保養的重要性。
通過軸承保養以及治理整體性的措施,可以將軸承的剩余使用壽命增加80%。對于軸承的治理、保養,主要是通過對原有舊機組的油脂進行清理清潔,加裝新油脂,最后達到充分潤滑的目的。在軸承解決方案過程中關注的三個點,第一軸承的密封性。第二保證清洗的有效性,現場軸承很多油脂是硬化,而且是長時間運行的,溶解的難度比較大。第三個是腐蝕性,因為軸承是高精密的設備,它的滾動體需要有很高的要求,所以說我們清洗不能對軸承有損傷?;诖宋覀冏灾餮邪l了3+2清洗的方式,就是需要進行三重的清洗,包括有機沖洗、水基清洗、清水沖洗,保證整個廢舊油脂清洗有效性。第二個是兩步清潔,包括高速氣體的清潔、切水劑的清潔,保證清洗之后內部表面清潔程度達到很高的標準。依托3+2清洗方式可以實現廢舊油脂95%以上油脂的清除,同時開發這樣的設備也是具有數字化、可量化,在清洗過也是可以看到排除油脂的質量、數量。
我們再了解一下機組主要的心臟變流器的情況,其實變流器隨著運行時間比較長,可靠性下降比較嚴重,包括故障頻法、過溫導致運行,同時整個變流故障占整個機組36%,所以備件率失效成本也是占整個備件成本的70%的份額,所以特別影響整個風電場的度電成本。
目前一些治理方式主要通過常規的清灰,對工藝的檢測提升變流器的穩定性,現在這種情況已經不能保證變流器穩定運行,所以我們通過升級優化結合整個性能的提升,提升之后變流器故障頻次可以下降75%-80%。同時結合變流器的冷卻系統優化,軟件系統升級,控制器EMC的優化以及整個模塊替代,增強模塊的容錯機制,IGBT誤報率降低80%。同時可以把運維成本下降15%的空間,可以實現發電量損失占全場1.5%的比例,這也是變相能效提升的一種方式。
變流器還有另一個頑疾,水冷變流器有一個水冷故障。雖然是小故障,但是影響的效果還是比較大,一般都是出現在溫度變化比較大的情況。
下面說一下關于“養生之道”的升華篇,對于整個器件的再制造過程,很多備件由穩定期已經向末期進行過渡,整個可靠性急劇下降。所以說常規的檢修、維修的方式已經無法達到性能的提高,就需要根據整個機組全生命周期的特性去定制運維的方式,比如在5年關注日常維護和標準化維修。第二個五年注重標準化檢修和深度治理,保證機組運行的穩定性。第三個階段建議采用治理的標準以及再制造的方式,它所帶來的價值可以把系統核心的部件通過預防治理、立舊置換再制造,進一步降低整個風電場的運維成本,再制造的備件不是維修的備件,是借用原備件有效的殘值,通過新的技術、工藝、方式方法,采用新品出廠的方式進行新的產品。
下面介紹一個實際案例,滑環再制造的實際案例,現場有運行10年以上的滑環,發現滑環批量更換的情況,就是因為滑環運行時間長,刷絲、滑道出現了問題。所以我們通過深入挖掘關鍵技術,比如把原有可運用滑環的殘值更換成一體式的架構,主要是增強系統的結構性,同時主軸部分做了二次優化,把主軸的半徑變小,可以減少整個速度,也降低了整個摩擦的情況。并同步進行了整個刷絲跟滑道的升級,增加了刷絲的基礎面積,減少了視效的概率。
以上就是通過三個方面,包括軸承延壽、變流器系統的優化治理、器件再制造,通過技術驅動響應整個機組的治理標準的升維,最后達到強體之機能的目標,實現軸承延壽80%,整個變流器系統故障和發電量明顯的提升,達到整個器件在生命周期真實的降本,由于時間的關系,本次分享就到這里,謝謝大家。
(根據演講速記整理,未經演講人審核)
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