一个高海拔风电项目标杆是如何建成的

2021-08-28 19:17  来源:《风能》杂志  浏览:  

近日,本刊记者获悉,发轫于水电、已有71年发展历史的中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司(下称“中国电建西北院”),自20世纪90年代初涉足风电领域以来,新能源业务版图迅速壮大,截至2020年年底在国内参与开发的风电装机容量达到4000万千瓦,约占全国风电总装机容量的18%。其投资建设的都兰风电场(包括乐邦风电场、浩渺风电场、砥砺风电场)等项目成功投运,产生出良好的经济与示范价值。

“可以说,在中国的可再生能源领域,我们既是‘先驱者’,也是‘践行者’。”中国电建西北院副总经理张枫表示。

日前,本刊组织的“最美风电场”活动报道组来到浩渺风电场,探寻中国电建西北院如何携手中车株洲电力机车研究所有限公司(下称“中车株洲所”),以创新为突破口,打破资源与环境的局限,实现高海拔地区风能资源的有效利用,用科技之光照亮西北地区绿色发展之路,为国家战略转型赋能。

比经济效益更重要的是经验

都兰风电场,位于青海省海西州都兰县境内,总装机容量为19.95万千瓦,包括乐邦风电场的4.95万千瓦、浩渺风电场的5万千瓦,以及砥砺风电场的10万千瓦。其中,乐邦风电场于2017年8月并网发电;浩渺风电场于2018年9月并网发电;砥砺风电场一期(5万千瓦)于2019年12月并网发电,二期(5万千瓦)于2021年4月并网发电。

该项目场址区海拔高度超过2900米,年平均风速6米/秒左右,属于典型的高海拔低风速风电场。加上地处戈壁之中,项目的施工难度很大。

中国电建西北院投资运营公司青海区域总站长贠康泰以浩渺风电场为例向记者介绍,机组吊装作业正值冬季,最低气温在-20℃左右,且工期十分紧张,大部件运输还需要穿过涵洞等。针对这种情况,业主方通过加强与交通运输部门的协调,以及同产业链上下游对接,就近制造、采购重要部件等方式,确保了工程如期并网。

投运后,浩渺风电场的运行水平稳步提升。

2019年,在5.8米/秒的平均风速下,全场发电超过10800万千瓦时,年利用小时数达到2162小时。在与周边其他5个项目的对标中,浩渺风电场的年利用小时数较第二名高出162小时,被中电联评为“AAA级”风电场。

2020年,在年平均风速仅为5.64米/秒的情况下,这座风电场共发电9906万千瓦时,年利用小时数为1981小时。

2021年上半年,在6.24米/秒的平均风速下,浩渺风电场发电5064万千瓦时,利用小时数接近1013小时,全年有望突破2000小时。

在经济效益之外,基于自身的职能定位,业主方更看重的是项目开发所产生的示范价值。

“从国家政策体系的完善,到行业的发展,再到项目的落地,设计院在其中起着承上启下的纽带作用,扮演着‘智囊’的角色。”张枫指出,“我们投资这些项目,并非仅着眼于经济收益,而是希望打通整个产业链条,从中获取宝贵的经验,为政府部门做决策、行业进行创新提供支撑。”

作为专业勘测设计机构,从1994年至今,中国电建西北院先后承担过4个国家级千万千瓦级风电基地的规划工作以及10多个国家和地区一批重大风电项目的总承包业务,一举奠定了自己在风电领域的地位。

“十四五”,我国风电产业全面走向平价上网,西北地区更是早已成为主战场。但结合实践来看,都兰风电场等项目的弃风限电现象较为严重,解决好并网消纳问题仍是西北地区新能源高质量发展面临的最紧迫任务。

对此,张枫建议:一是加快外送通道建设,尽快推出具有约束力的可再生能源配额制与绿色电力证书交易机制。二是适度承接煤制气、煤制油等附加值较高的高耗能产业,大力发展基于能源行业的大数据产业。三是推动风光水互补、风光热储一体化等不同形式的能源基地建设。

五款机型同场尽显技术底蕴

远观都兰风电场,在碧蓝如洗的苍穹下,广袤戈壁一望无垠,巍峨群山似水墨画,风电机组迎风转动,场面蔚为壮观。

据了解,该项目前三期工程安装了中车株洲所生产的 WT1500D93H70、WT2000D121H85、WT2200D131H90、WT2500D136H90、WT3600D146H100五种机型。

众所周知,西北高海拔地区的空气密度低、紫外线强、风沙大、强雷频繁,中车株洲所的技术团队根据环境特点对机组进行了大量针对性设计,比如机舱罩和轮毂罩选用抗紫外线性能好的胶衣材料;增加防雷接闪点的数量,扩大叶片中防雷下引导线的截面积;提高机舱控制柜和塔基柜内加热器的功率。从运行情况来看,这些措施发挥出不错的效果,机组平均可利用率保持在99%以上。

“我们公司用的第一台风电机组就是中车品牌,他们的机组性能不错,故障率低。”贠康泰说。

值得一提的是,WT3600D146H100机组投运时,曾创下我国已安装风电机组的最大单机容量及风轮直径、最高安装海拔的纪录,引发广泛关注。

据中车株洲所风电事业部技术中心副主任巫发明介绍,这款机组是中车株洲所依托3.x MW平台研发的具有完全自主知识产权的最新一代陆上风电旗舰产品。3.x MW平台的单机容量可在3.0~3.6MW之间柔性调节,匹配的风轮直径为146~160米,适用于“三北”大基地、中东南部低风速地区。

在环境适应性方面,3.x MW平台采用防风沙、抗紫外线的全新设计,显著增强机组抵御恶劣环境的能力;自然通风的水冷设计大幅提升机组的冷却效率,并降低运行噪声。

在发电性能方面,借助涡流发生器以及动态重组超级双馈技术,3.x MW平台可以自适应调度匹配到最优发电状态,充分挖掘风能资源潜力。

此外,3.x MW平台具有的模块化设计特点,很好地解决了高海拔地区的大容量机组吊装难题。通过运用分体吊装技术,将机架、传动链作为独立吊装模块,机舱的组装可在高空中完成,降低了对吊装环境、设备的要求。

结合都兰风电场的实际运行情况,中车株洲所的技术团队还对WT3600D146H100机组开展了技改升级,将其风轮直径由146米增至160米,进一步提升机组的发电性能。

5种机型同场运行,从侧面反映出中车株洲所在高海拔风电机组技术方面的深厚底蕴。

早在2009年,这家企业就启动了高海拔风电机组的研发,相继推出1.5MW、2MW、2.5MW、3.x MW平台,并在甘肃的当金山风电场、云南的五子坡风电场等项目中表现不俗。

凭借丰富的积累,中车株洲所还参与编写了能源行业标准《高海拔风力发电机组技术导则》(NB/T31074-2015),并牵头制定国家标准《高海拔型风力发电机组》(GB/T37921-2019)。

有意思的是,中国电建西北院也是两部标准的主要参编单位,足见两家企业的合作之紧密。

“我们与中车株洲所之间的合作,一是愉快,二是深入。我们在都兰风电场安装5种机型,也意在为他们提供试验场地。”张枫指出。

谈及未来,他认为产业链应当实现更紧密的融合,分享部分关键的原始数据,持续优化整机的冗余设计,带动工程投资成本的下降。

为了优化冗余设计、切出风速等,中国电建西北院与中车株洲所已经达成合作意向,将共同开展相关研究。

高质量服务赢得客户的肯定

服务,往往十分考验一家企业的综合实力。尤其是在项目现场,企业的组织协调能力、规章制度、文化理念,以及员工素养等会经受全面的检验。

记者在走访中了解到,中车株洲所的服务能力获得了业主方的高度认可。“我们双方之间的合作属于兄弟式的,在现场服务方面,他们派的人员很完备,技术力量很强,服务态度好、效率高。”贠康泰评价道。

一个不争的事实是,吊装与调试工作不仅仅决定着项目并网时间,还会在很大程度上影响到机组投运后的表现。

按照中车株洲所风电事业部都兰风电场项目经理季晓世的理解,如果建设期不能做到高标准、严要求,尽早消灭遗留问题,那么运营期就将成为问题的爆发期,势必拖累项目效益。

据他介绍,中车株洲所要求项目现场人员必须跟踪参与建设过程中的所有关键项点,并制定了严格的工作规范,如佩戴执法记录仪,全程录像;用手机拍照,留存重要场景的照片。服务经理会结合影像资料,向己方人员、业主和其他参建方提出工作改进意见。这些材料会同步上传至公司的管理系统中,由专人定期检查,作为员工考核的依据。

同时,项目团队还采取提前干预的策略,即提前完成下一个环节的部分工作,如在验收环节中处理部分调试项点。

“公司要求,能提前做的工作,绝不往后拖。”季晓世强调。

这些措施,为保障机组后期高效、可靠运行奠定了基础。

目前,都兰风电场已经进入质保期。日常运营中,双方既各司其职,又密切合作。在现场,会召开每日晨会、周例会和月例会;在公司层面,主要是开展技术交流、培训。

“我们会跟业主说,如果他们的员工想学习机组维护,只要具备作业资质,就可以跟着去现场。”季晓世补充道,“目前公司对于现场运维进行区域化管理,要求部门及区域内相关负责人每个月与客户进行电话沟通,每个季度必须至少与客户见一次面,及时了解对方的需求,并协调资源响应。”

近年来,数字化技术在风电行业快速渗透,成为提升运维效率的重要抓手。中车株洲所也在积极探索,借助智能运维系统,利用大数据技术分析电气参数的变化趋势,判断机组的健康水平,精准定位缺陷,制定合理的检修计划,利用小风天或者弃风限电时段进行预警故障的处理,实现预防式运维。

季晓世告诉记者,为了更好地支撑都兰风电场的运维工作,中车株洲所在项目所在地设立了一个二级备品备件库房,可以辐射周边数个省份的风电项目。

贠康泰表示,“中车株洲所对我们的支持力度非常大,他们将二级库房建在都兰风电场,对我们肯定是非常有利的。”

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