近日，首屆（2021）全國風力發電機組技術改造年會在北京隆重召開。中國大唐集團有限公司、中國廣核新能源公司、華電山東新能源有限公司、華能集團清潔能源技術研究院有限公司、龍源電力集團、潤陽能源技術有限公司、中車株洲所有限公司等企業代表參加了本次會議。
首屆（2021）全國風力發電機組技術改造年會
本次會議以促進提高我國風電機組安全性、可靠性和經濟性為主題。與會現場，領導、專家及各企業代表針對“風電場技術改造示范工程案例經驗”、“風電機組技術改造新方案”、“風電改造技術路線和研究咨詢動態”等議題進行了深入交流。
在此次會上，潤陽能源技術有限公司副總經理劉昊針對如何定義“孤兒機組”、高耗能企業孤兒機組案例、“孤兒機組”技改價值等話題與現場領導、專家、企業代表進行了分享和交流。
- 孤兒機組的四恢復和一改進 -
“孤兒機組”一詞在最近幾年被頻繁提出。據不完全統計：2010年時，國內的風電主機廠超過70家，截至2021年上半年，還有13家主機廠有新增訂單，具備批量整機生產能力的尚不足20家。近60家“消失”廠商所生產的機組，已經或即將成為“孤兒機組”。
“孤兒機組”分為三類：第一類是比較典型的整機廠破產倒閉（沒人管），例如天威、華創等；第二類是公司還在，但無風電業務、不再生產主機（沒能力管），如常牽－新譽、航天萬源等；第三類是公司還有風電業務，但對于出保風場不再進行服務（沒意愿管），如北重、鋒電能源等。
“孤兒機組”主要存在四個問題，可以歸納為“老、弱、病、殘”。“老”是指技術落后，近幾年未更新迭代且部件老化、維護不到位等問題。“弱”是指發電效率低，有些機組甚至不能滿發。“病”是指運行不穩定，關鍵部件故障頻發，故障得不到及時的處理。“殘”是指備件無法供應，風機運行數據記錄缺失。
此外，“孤兒機組”普遍存在：數量不多、比例不大，單個項目業主痛點明顯；機型設計相對繁雜，單個機型裝機數量從一臺到上千臺不等；技術路線不統一，技改開發門檻和成本相對較高等問題。這直接導致了，相對于其他類型的風電機組技改，針對“孤兒機組”的技改很難形成市場規模。
基于上述情況，我們把“孤兒機組”的改造方向定義為“四恢復和一改進”。首先，是恢復機組的完整性。有些機組在生產過程中，或生產后沒有運到現場就已經倒閉。這些機組大部分都存在于工廠里，在改造前就需要對這些機組做一個整體的恢復。另外一部分已經投入運行的“孤兒機組”由于缺乏備件的支持，現在已經殘缺，所以需要針對殘缺機組，充分利用原機組部件，使機組恢復完整。
其次是恢復運行，保證機組可持續的安全穩定運行。第三個是恢復性能，讓機組恢復最佳發電狀態，提升機組功率曲線。第四個是恢復監控，保證機組可以實時監控、數據存儲完整、可追溯歷史記錄。在上述恢復機組完整、穩定、可控、高效的基礎上進行升級和持續改進。進行功能的擴展，如高穿、一次調頻等技改升級。
- 孤兒機組的全面診斷及評估 -
“孤兒機組”的解決方案同樣分為四部分。 “體檢” 的目的是進行需求收集和痛點分析；“確診”的目的是確認技改范疇；“治療”則相當于技改、執行、交付的階段；“定期復查”，是指技改完成之后需要持續的運維和持續保障，確保“孤兒機組”在技改完成后穩定運行。
分享一個國外“孤兒機組”深度技改的典型案例。該風機是日本川崎1.5MW中速永磁機組，在國內僅此一臺，于2011年9月安裝調試，2012年4月并網發電， 2013年12月出質保。2013年至今 ，風機可利用小時數逐年下降，運行非常不穩定。據業主描述，該風機很難持續運行半小時以上。
該風電機組的“孤兒機組”特征非常鮮明。首先，這臺風機是全功率中速永磁機組，在國內并不多見，配件非常難尋。原機組系統設計復雜，齒輪箱、發電機等各個子系統均有獨立的控制器，整機共十幾個通訊子站。同時，該機組配置比較先進，屬于2011年代機組的高配，配有液壓半自動盤車，葉片及塔筒載荷監測，塔筒阻尼系統，同時偏航配置有獨立的變頻軟啟系統。此外，由于整機封閉，導致機組故障停機后，無法準確讀取故障信息并及時處理和消缺。
當前，機組原廠商已經失聯，日本川崎深耕余熱和生物質發電及水泥設備領域，已經不再涉獵風力發電行業。業主作為使用者，對風機并不了解，僅僅依靠自有檢修班組進行后期的運維檢修，難以達到預期效果。
對于該“孤兒機組”的業主而言，主要存在四大“痛點”。第一是整機及部件方面：機組無法滿發、振動過大、故障頻發以及缺乏備件支撐。第二是運行及記錄統計方面：由于風機沒有監控系統，所以運行數據記錄幾乎沒有，且看不見運行狀態。第三是機組發電時長方面：該風機長期處于半停運狀態，年等效滿發電小時數尚不足400小時。最后是場內運行維護情況：業主進行的不定期維護難以達到風電機組的穩定運行要求。
潤陽能源根據以上情況，對該機組進行了全面的技改診斷及評估，并且憑借豐富的老舊機組改造經驗和扎實的技術積累可以進行進一步的技改。
通過對業主的資料，包括圖紙、部件參數等深入調研，對風機的電控系統和機械部件做深入摸排，吸收和轉化原有設計資料，通過充分評估部件技改和更換的經濟性，尋找最優路線。也就是花最少的錢但卻能讓風機達到最好的發電效率。因為這臺機組沒有監控，所以我們在現場安排了運維人員駐扎，一周之內就能摸排出所有問題。最終，確定了在風機整體大部件不變的情況下，采用風機主控系統軟件及部分關鍵部件替換、重新開發主控軟件、應用最新控制策略的整體解決方案。
值得注意的是，孤兒機組在技改之前，首先要對機組的安全進行保障。潤陽能源對葉片、輪轂和塔筒進行了極限和疲勞的載荷驗證，對穩態風和湍流風情況進行了仿真及參數尋優，對控制策略進行了優化，目的是最大限度地保證控制策略能安全、穩定，從而達到效率最優。
- 孤兒機組技改價值分享 -
在這臺“川崎1.5MW中速永磁機組”深度技術改造過程中，潤陽能源技改方案分為四個部分。第一部分是替換機組主控程序，優化控制策略并且優化部分主控卡件；第二部分是更換變槳驅動器、變槳編碼器以及變槳控制程序；第三部分是更換滑環并優化傳動系統的部分傳感監測；最后一部分是新配SCADA系統，增加手機APP遠程監視。
從前期的確定需求痛點評估、解決方案、合同簽訂，再到完成技術改造、并網發電，本次深度技術改造項目僅用時80天。從2020年12月10日入廠進行機組的排查，各種部件、程序的測試，到12月29日風機并網，再到2021年1月初的SCADA系統和遠程APP監視調試完成，潤陽能源憑借扎實的技術積累和豐富的實施經驗，不足20天即完成現場技改既定目標。
2021年1月至今，技改后的“孤兒機組”逐漸恢復平穩運行。在機艙和塔底都有配備了相應的操作屏，能更加清晰地顯示出機組的運行數據以及運行故障。廠區內，配備了可監控的SCADA系統，在手機端同時配備了APP 遠程監視軟件。漢化的監控系統和故障代碼，使得每個故障都能清晰可視、實時快速發現并找到具體成因。
通過深度技術改造，該機組平穩運行后最終呈現的效果可以歸納為“三提高和三降低”。發電小時數在原有的基礎上增加了1000+小時；可利用率提升接近50%；經濟收益經過測算大約是原來的3.6倍。運維成本降低了近40%，故障率降低了42.6%；以工業電價計算，企業每年大約能節省80萬元購電成本。據統計，風機經過技改后半年發電量達到技改前兩個自然年發電量累計總和。
“穩、準、快、優”是潤陽能源在“孤兒機組”深度技改項目中展現的突出點。準——精準獲取客服需求，定位機組病灶；穩——評估最優、最穩妥技改范圍的制訂；快——快速執行高效技改，交付健康機組；優——在技改完成后提供全優價值管理與智慧運維服務。通過潤陽能源進行風機技改后，使得“孤兒機組”重新煥發出新的價值和活力。
潤陽能源技術有限公司是明陽集團旗下的風電場全生命周期價值管理和服務提供商。明陽集團的資源與技術優勢為潤陽能源植入了良好的基因和扎實的技術底蘊，潤陽能源擁有以風機控制系統軟件核心開發能力輻射的整體解決方案，依托客戶為先的理念，憑借敏捷的服務，快速攻堅，敏捷迅速打造解決方案到交付、綜合運維全系優質服務，進而最大限度地降低業主改造投入，通過技術創新創造最優經濟收益。
近年來，潤陽能源在國內外孤兒機組改造項目中成果矚目。先后對華創、天威、航天萬源、鋒電能源、北重等8個孤兒機組廠家，300+國內外主流雙饋、直驅、中速永磁機組的“孤兒機組”實施主控為主、變槳、變流器、SCADA、葉片提效等全方位的技術改造。
今天，隨著主機制造廠的不斷減少和新增裝機不斷集中，越來越多由“孤兒機組”帶來的問題和困擾也愈發明顯。通過對孤兒機組的技改和深度治理，不僅可以讓風機重獲新生，經過“一機一案，精準技改”的風電機組；經過改造后的不良少年還是好青年——技改難度雖大，但意義更大。
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