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风电好时代来了

平价已是风电成为“新煤炭”的积极信号,电池成为“新石油”、智能物联网成为“新电网”的愿景也开始清晰可见,美好能 […]

风电好时代来了

平价已是风电成为“新煤炭”的积极信号,电池成为“新石油”、智能物联网成为“新电网”的愿景也开始清晰可见,美好能源时代的脚步越来越近了。

 

正如幸福都是奋斗出来的,在两代风电人的努力下,风电走进了平价门口。也许,自此开始人们不再仰望煤炭的高度。

 

令人关注的是,以“新煤炭、新石油、新电网”战略布局智慧能源变革的远景集团,正致力于通过技术创新推进平价风电像春风一样吹拂神州大地。

 

基于对智慧能源变革思想和行为的认知,远景集团将风电定义为“新煤炭”、电池定义为“新石油”、智能物联网定义为“新电网”。“新煤炭”侧重于生产侧,而“新石油”主要位于消费侧的电动汽车领域,“新电网”则要高效提升电网的连接和平衡。

 

未来,当风电等可再生能源成为“新煤炭”,动力电池成为“新石油”,能源系统将变得碎片和随机,需要通过物联网和人工智能来提供更广泛和更智能的连接和平衡。这是一个全球性的能源变革趋势,国家电网提出的泛在电力物联网建设正是响应和引领这一趋势的行动。

 

回到平价风电,通俗点说,就是在中国大陆,无论是哪儿,风电上网电价都可以做到和当地的煤电同价。这样一来,自带清洁光环的风电,就比自带污染基因的煤电有了更强的持续竞争力。

 

如此,对风电来说,一个好时代来了。

 

可现实问题是,风电能做到平价的地区有多广,这关键的一点决定了平价风电的天花板有多高、项目的落地性和竞争力有多强、是否具备足够规模化的复制能力。

 

假若风电能在所有可开发区域做到平价,带给人们足够的温暖、光明和经济的动能,那它就成了新的煤炭。这时,人们可以说物质的煤炭永垂不朽,而风电技术则会永远向前。

 

致力于技术创新让风电成为新煤炭,并以可预测的方式降低风电度电成本,是远景能源秉承的创新理念,即使风电走进了平价的门口,他们依然笃信技术创新会催生比平价更低的风电,那是真正意义的“物美价廉”。

 

平价需要自主创新的风电机组产品

 

更高可靠性和更高发电效率的风电机组产品是靠技术创新来实现的。

 

在远景能源看来,风电的本质是技术,平价风电场景更需要有经济性的技术创新。这就不难理解,为什么远景能源的设计工程师们一直在寻找能为风电机组带来最优价值输出的技术创新,以期把更优系统成本和更高发电效率的期许转化为可观的客户价值。

 

8月12日,在河北风电场并网的远景能源950V双馈三电平3MW级新机型,就属于这样的技术创新案例。

 

与传统双馈两电平电气传动技术相比,双馈三电平电气传动技术可使双馈风机变频器输出更多的开关状态组合、更高的电压等级,这为提升风电机组发电性能和降低度电成本带来更多的自由度,不仅创造出更高的客户价值,也推进了风机技术的进步。

 

对于风电开发商而言,这个三电平技术应用创新的意义,在于它能为平价风电带来看得见摸得着的“降本”和“增效”。

 

国家电投某区域公司的相关负责人专门到河北风电场考察了这款机型。他认同这样一组数据:三电平3MW级机组,年满发小时数提升1个百分点,按照年满发2500小时测算,单台风电机组一年就可增加8万千瓦时的发电量。从直接降低投资成本的角度衡量,这款机型可以减少地埋电缆使用量25%以上,若针对更大容量的风电机组,箱变采购成本还有5%的下降空间。

 

另外,双馈三电平风电机组输出更低的谐波,大幅度改善电能质量,提升了并网友好性。从运维角度看,由于三电平的变频方案可以做到0共模电压,从源头上扼制共模电压对电机轴承的影响,因此,从根本上消除了电机轴承被电蚀的风险。

 

由此不难发现,双馈三电平应用创新不是一个单一的事件,而是一个风电场系统工程变革的过程,涉及到地埋电缆用量、箱变物料成本优化和输变系统效率的持续改进。

 

不止是客户,整机企业也给予这款新机型格外的关注。“基于成熟技术的应用创新,让人有理由期待双馈技术路线还能产生一次生产力变革,进而延展双馈风电机组的效率边界。”

 

据调研,三电平技术应用于双馈风电机组在全球还属首次,它的难度在于对双馈三电平变频器拓扑结构复杂特性的把握、软硬件的协同设计和系统优化。业内资深专家认为,“三电平应用成功的背后,在于远景能源掌握了发电机全套设计能力,并通过变压器及电缆系统的整合来确保电气传动链系统最优设计。”

 

需要补充的是,远景能源自主开发设计和制造变频器已有十多年的历史。正是由于对变频器技术拥有完全的自主知识产权,整机开发团队才可以根据新的风电机组特性,在程序设计、参数设计等算法开发的核心环节进行系统整合。

 

所以,平价对高效风电机组产品的刚需,还要看整机商自主开发与设计创新的自我解锁能力。一位风电开发企业负责人评价说,“在风电因政策窗口刺激而开发速度有所加快的情境下,远景能源仍然执着于通过产品创新来探求更低的度电成本,始终把风电开发商的未来风险和收益放在首位,这种持续为客户创造价值的创新精神很可贵!”

 

更多平价项目才是春

 

假若用花开比作风电平价项目,那么“一花独放不是春,满园春色才是春”便是当下中国平价风电情境的真实写照。未来,更多的平价风电项目落地生根,平价风电的春天才会真正到来。

 

平价风电先行于陆上,细分场景下远景能源的陆上风电机组会以怎样的度电成本姿势让平价风电到达更多地区?在“三北”地区,远景能源3.4MW、3.6MW、4.3MW中高风速、低湍流机型,其度电成本在0.15~0.25元/千瓦时;在华北、华中、华东地区,远景能源2.5MW、2.65MW、3.0MW低风速、低湍流、高剪切机型,其度电成本在0.28~0.38元/千瓦时;在华南、西南部山地,远景能源2.65MW、3.0MW、3.2MW低风速、高湍流机型,其度电成本在0.35~0.45元/千瓦时。

 

人们认知平价风电是从百万千瓦级基地项目开始的。

 

以内蒙古某130万千瓦基地项目为例,远景能源某款机型满发小时数为3817小时,度电成本为0.2009元/千瓦时,资本金内部收益率为24.09%。通过风电场尾流优化、数字化风电场设计技术,该款机型的满发小时数提升到3869小时,度电成本降低至0.1879元/千瓦时,资本金内部收益率提升至28.02%。

 

为什么远景能源能将平价风电做到这样的程度?“远景能源风电机组全风速发电技术对于低度电成本、高资本金内部收益率的支撑作用功不可没。”远景能源风电机组系统工程负责人解释说,“从结果上看,远景能源全风速发电技术不仅可以智能识别风电机组的叶片结冰和污染程度,不断修正叶片气动模型,并且还能通过自适应控制与广谱IPC,实现全风速发电量1%~3%的提升。”

 

当然,这也得益于远景智能风电机组的高可靠性。

 

提及风电机组的高可靠性,远景能源测试验证负责人强调说,“从机组高可靠性闭环验证的角度看,在远景能源高保真系统实验平台上进行的样机边界测量、实验设计和动态加载系统实验达成了机组的高可靠性。”

 

值得一提的是,远景能源建立了部件测试验证内部标准,有些测试标准的内容高于国际标准,从设计输入和目标风况两个纬度来充分验证部件的强度。

 

另外,远景能源的100余台深度测试样机覆盖各种地形风况,每台测量样机有几百个传感器接入测量系统,沉淀了各种风电机组的运行行为和载荷边界,形成远景能源独有的高可靠性设计和测试边界。

 

这样的测试验证,也从智能风电的维度响应和支持了平价风电场将平价进行到底。远景能源的智能风电技术有四个非常重要的价值体现,也就是可以看得见、摸得着的价值点:当风电机组和风电场可以在运行时优化的,就不要用人工维护;能早期维护的,不要晚期维修;发现提升发电量的机会,应毫不犹豫地实现;电量、性能和收益透明化。

 

显然,这样的价值结构支撑和扩展了平价风电的发展空间,更多的平价项目会让平价风电有更美好的明天。因此,人们也更有理由关注明天的风电机组和今天有何不同?

 

用进化的视角来看,通常讲,风电机组的设计基于的是同一标准,但做出来的产品却分布到成千上万个不同的机位点上,经历不同的地形、气侯、风况,形成的健康曲线也各不相同。请注意,远景能源的智能感知技术能把风电机组运行过程中的健康曲线透明化,再通过智能干预来及时解决机组的健康问题。实际上,这是风电场智能运维进化的关键一步。

 

这一步,也推进了风电机组开发与设计智能进化的闭环。简明点说,就是根据机组运行的特征数据,结合故障样本回溯到设计模型里,用虚拟样本还原并补充运行信息,认知问题规律,并通过可以复现和模拟关键部件真实工况的台架试验找到问题的边界。正是这些台架实验的标定,有效帮助远景能源风电机组设计团队通过EnOSTM2.0平台实现问题趋势及边界的透明化。

 

明天的智能风电机组会像特斯拉汽车那样,每年都可以通过升级软件不断提升性能与安全,不断使客户的风电资产保值和增值。这样的机组,显然可以帮助风电在更多的区域实现平价。

 

平价需要赢得更多发电权

 

正如规模产生效益一样,基地项目场景是平价风电的首选,但规模也有其脆弱的一面,过去的基地项目已经证明了这一点。“理想很丰满,现实很骨感”这句令人熟透的话,用来描述过去基地项目的现状也算合适。

 

历史能够用来启迪当下的基地项目。据远景能源综合解决方案负责人介绍,远景能源项目团队通过风电场透明化后评估发现电网限电损失、机组性能损失和故障损失是导致基地项目高比例电量损失的三大成因。

 

也正因此,这位负责人建议业主在未来基地项目建设中,除了要选择高发电性能、高可靠性和并网更友好的风电机组外,还可以考虑用发电侧储能解决方案来减少电网限电损失。归结到一句话,就是通过赢得风电场更多发电权来保障和提升基地项目的发电量收益。

 

对基地项目来说,需要考虑和解决两个现实问题。

 

一个问题是,面对区域自治下的风电基地电网,什么样的风电场能够支撑发电权?远景能源用“体格壮、有主见、开外挂”的并网技术,解决基地并网面临的高电压穿越与一次调频挑战。

 

“体格壮,抗扰性强,”远景能源并网技术负责人解释说,远景能源批量交付的双馈和全功率两类机型具备高电压穿越认证报告,风电场EMS系统一次调频性能指标优于电网要求。

 

有主见,强调的是弱网稳定性,远景能源大基地振荡监测与智能抑制系统,可以精准监测到振荡并将其消灭在萌芽状态。

 

开外挂,就是配备风电侧远景能源储能,不仅可提升大基地特高压利用率,进而减少弃风,还能提升负荷中心的调节能力,以防范大扰动。

 

举一个远景能源风储协同的案例。某40万千瓦风电场的24小时实测数据显示,加配10%功率的储能后,风储协同不仅使月度预测准确率提升12%,还有效提升风电场的频率适应性,增强了电网调频能力和稳定性。

 

当然,基地项目要赢得更多的发电权,还需要风电机组与机群状态监测技术的支持,以便能够在享有发电权的时段,让风电场做到全力发电,实现风电场发电收益的最大化。

 

远景能源的风电机组与集群监测系统有两个最为显著的特点,一个是机群站端的智能应用,简单说就是风电机组向机群大脑报告本机健康及产能状况,机群大脑给出这台机组的最优出力规划,两者构成了机群智能运行平台,做到了电量、性能、收益透明化。

 

另一个是风电机组价值的持续交付,远景能源风电机组智能监测应用包括叶片、变桨轴承、主轴承、齿轮箱、偏航、结构及螺栓、电气、塔筒及基础等多个监测应用包,这项可持续升级的监测应用服务,保障了风电场的持续安全健康运行。

 

举个叶片应用包的例子,比如净空监测,当风速变化时,因为扭矩的变化导致叶片净空也在变化,当叶片与塔筒的净空距离接近5米时,风电机组进入报警状态,这时整个控制策略自适应地发生了变化:三支叶片开始进行不对称变桨卸载,把净空又拉回到5米以上的安全距离。

 

远景能源风电机组智能监测应用价值的持续交付,也让基地风电场赢得更多发电权有了底气。

 

来源:《风能》  作者:夏云峰

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