中船海装（北京）新能源投资有限公司
摘要：随着世界各国对能源安全、生态环境、气候变化等问题日益重视，加快发展风电已成为国际社会普遍的共识和一致行动。
关键词：风电场效益技术运维管理多角度
随着风电新增装机容量进入平稳发展阶段和大批风电机组过质保期，从风电现场实际运营情况出发，分别就技术角度和运维管理经验入手，来提高风电场的效益。
一、当前我国风电场运行管理面临的问题
1.运行调度管理经验不足。我国的风电场建设和运行和西方发达国家的历史相比，差距很大，因为当前我国风电场的现有管理模式还没有形成自己的、适合自身的运行管理模式，很多是参照发电厂的运行与管理模式来进行运行与管理的。目前，风电场在维护管理方面没有掌握核心的风能发电技术并且缺乏专业的维护管理队伍和人才。在检修设备时一般只能依靠机组厂家来处理。还有，我国的风电场电力系统不能照搬其他形式电厂的运行管理模式，同时水力、火力发电厂的运行模式也不全适合风电场的运行管理。
2.对于安全管理不够重视。风电场在运营过程中，若其管理组织机构、安全技术措施及计划不适合企业实际情况的要求；存在各种安全管理制度落实不完善、不到位，缺乏成套的巡查、检测、查漏制度和机制；安全培训教育未完全按规定要求开展；安全检查不经常、不规范，发现问题未及时进行分析、总结、整改，隐患治理不及时等；对系统中的特种设备以及需要定期检验的安全设施未按期检验，从而不能及时掌握设备、设施的运行状况；特别是在运营过程中，不严格按照管理要求，违章操作、违章指挥等情况，均易导致安全事故的发生。
二、技术角度
1.大多数的风电机组均存在一定的偏航误差，偏航误差的存在可能会给风机带来破坏性的载荷，以及次佳的功率输出。根据EWEA发布的调查研究，只有20-25%的风机的偏航误差在2度以内，年发电量损失0.2-0.5%，而大部分机组偏航误差在6度以上，年发电量损失达2%左右。风电机组偏航误差产生的原因很多，传统风向测量的设备都是装在机组的尾部气象站上面，无论是机械式还是超声波，都会受到桨叶的扰动、机舱的外形的扰流，另外还有安装和制造引起的误差，这其中气流扰动影响最大。如何避免气流的扰动，准确测量当前的风向，校准以往的偏航误差，在此需要一种全新的测量手段，目前比较成熟的技术手段是采用激光测风雷达进行测量。激光雷达通过高频激光束射向风机正前方，来测量风机的风速和风向，排除了叶片的干扰，实现了准确和提前测量。风机偏航的校正需要经过一段时间的测量，通过调整测风仪或者修改风机的参数，把偏差纠正到1度以下，在调整完毕之后，进行下一台风机校准测量或者直接作为永久测风仪。偏航误差造成风机发电量的损失，以及额外的风力载荷将直接影响风场的长期效益。
2.气象站的冰冻问题风力发电机组发电量的多寡的根本外界因素是风，风的速度和方向只有准确的被风机上面气象站读取并传输给控制系统，风机才能适时地调整状态，最大程度的获取风能转化为电能。然而在遇到冰冻天气时，气象站将无法识别风况导致风机停运。以某新天科创位于张家口坝上的若干风电场为例，讨论冰冻对风机运行的真实影响。
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图1 2016年11月21某新天科创张家口坝上
地区风电场冰冻灾害天气风机运行数据
从上表不难看出，2016年11月21日张家口坝上地区五个风电场13期共65万KW的装机量，风机发电量仅为28万kWh，以当日张家口区域每期平均发电量65.5万kWh计算，结冰损失约749万kWh，仅一天就损失巨大。张家口坝上地区地处河北省最北部，因海拔从七八百米急速上升至近两千米的巨大落差，形成了坝上地区特殊的气候状况。每年初入冬季和来年春天是冻雨灾害的高发期，此时，分布在这片区域的风电机组气象站被冰冻，无法运行，叶片表面同样覆盖一层薄冰，导致风机无法启动，其从被冰冻到解冻恢复功能需要十多小时，严重影响风电场的运行。经过某新天科创的技术人员分析，气象站、叶片结冰影响风机运行的主要原因如下：（1）风机气象站现有设备加热功率太小，热量分布也不均衡（局部加热），无法达到快速融冰要求；（2）部分风机气象站风向标、风速仪转动部位连接处为塑料材质，在低温下容易折断。（3）风机气象站风向标、风速仪为机械转动式的，在低温冻雨下，轴承极易被冻住；（4）因风向标结冰，而引发偏航系统进入偏航死区内，引发扭缆故障告警；（5）风机叶片结冰，将改变叶片迎风面形状，会增加塔架载荷和水平方向推力，损耗吸收进叶轮的机械能，滑落的冰块也可能对下方的人、物造成伤害。针对上述情况，河北新天科创做出对现有气象站进行技改的试装探索，包括更换大功率气象站、热场式超声波气象站、面对面超声波气象站。试装结果显示，更换大功率气象站能加快融冰速度，对降低冰冻影响有一定作用，但实际测量中，测得风速往往偏高，在大风时易发风速过高、暴风停机等故障，降低风机的可利用率；热场式超声波气象站在冰冻天气其风速数据经常连续变化，波动情况严重；而面对面型超声波气象站，因外形小巧，功率较大，散热均匀，能将冰冻对风机运行影响减少至最低，保证在整改冰冻期间风机不停运。
4.对全国多个风电场的问询调查，发现很多机型在夏季或者大功率运行存在齿轮箱油温过高的现象，包括华锐1500、GE1500、明阳1500、Gamesa850等国内外风机机型。齿轮箱油温一旦过高，导致控制软程序自动限功率运行或故障停机，风机的发电功率曲线发生偏移，影响风机的发电量和风电场的效益。通过对机型的深入分析，导致齿轮箱油温高的原因，主要有两方面：①厂家设计缺陷②冷却系统故障和环境因素。（1）厂家设计缺陷，中国国土面积辽阔，环境气候复杂多样，而风机生产商在很长一段时间里，应用在不同地区的机组都采用同一标准来设计生产，没有做针对性的优化设计，导致在夏季高温甚至冬季大风时期频繁报高温故障。究其原因，问题基本出在散热器的功率太小，齿轮箱运行时产生的热量无法被有效带走，引发油温超过警戒值，发电效率降低。针对此类设计缺陷，可在齿轮箱上面加装额外的散热器或者更换原散热器，提高散热效率。（2）冷却系统故障和环境因素，①冷却系统故障主要有如下情况：单向阀失效，一直处于导通状态，冷却回路失效温控阀失效，无法根据温度调节冷却和润滑两个方向的流量散热器堵塞，导致流经散热器的齿轮箱偏少，散热效率下降出现上述三个部位的故障时，现场技术人员根据每个部位的情况及时维修或更换。②环境因素主要是影响散热器的散热效率，主要有各种絮状物和灰尘飘进机舱，堵住散热器下面的进风口，使得排风扇抽风散热效果不明显，降低散热功率。此种情况需要现场人员定期检查时做好清洁工作，排除杂物的干扰。
三、运维管理角度
1.定检与巡视制度管理。为使风机能够稳定安全运行，增加风机各部件的使用寿命，提高风机设备的可利用率，风电现场除了做好日常的故障消缺之外，定期的检查和巡视工作是一样重要的基础工作，关系到风机全年的故障率乃至整个生命周期的使用效率，因此风电场有必要建立完善的定检和巡视制度，并保质保量、安全高效的完成。“千里之堤，毁于蚁穴”，大故障和大事故的发生往往是因为不起眼的小缺陷的积累。定检和巡视就是查出这些小缺陷，并逐一处理的过程。风力发电机组是一个包括涵盖机械、电气、液压和控制、输电等多种学科的复杂系统，我们必须保证每个子系统的安全可靠运行，才能使得整个系统有机运转。在机械系统的检查中，必须严格按标准打好每一个螺栓力矩、加注每一个转动单元的润滑油脂、做好每一次轴对中、每一个碳刷和刹车片的测量等；电气系统不放过一个松动的端子接线、每一处电机的安全测试、可能造成短路的杂物清理等；输电系统中的巡视中注意每一个箱变的运行情况、每一处防雷接地和绝缘的测量等。细节决定成败，通过以往的经验来看，真正按标准执行的定检将很大程度上减少后续的风机故障率，减轻人员工作压力，同时也降低了运维成本，提高了发电效益。
参考文献：
[1]张晓平.对风电叶片服役之后表面状态的调查以及原厂涂装反思.2015.
[2]邓磊，冯益民．提高风电场效益的技术与管理经验.2017.