风电场的建设和维护

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　　【摘要】风力发电是一个集计算机技术，空气动力学、结构力学和材料科学等综合性学科的技术，我国有丰富的风能资源，因此风力发电在我国有着广阔的发展前景， 而风能利用必将为我国的环保事业，能源结构的调整，减少对进口能源依赖做出巨大的贡献。但由于科学、技术问题，我们的风电场在建设和维护上还有待提高。
　　【关键词】 风电场 建设 维护
　　前言
　　风能是一种可以再生的能源，取之不尽 、用之不竭、对风的利用，由古老的风车发展到当代的风发电，充分说明了人类科技进步的历史 由于现代科学技术的飞速发展，空气动力学和尖端航天技术应用于新型风力发电机的开发研制， 使风电事业在短暂的一二十年的时间里，有了长足发展，与此同时 ，许多发达国家厂商的大型机组已投放市场，尤其是一些兆瓦级的大型风力机组研制试运成功， 使风力发电在公用电网中占有了一席之地。但风能的利用技术还需要提高，如风电场建设中存在的一些问题。
　　一、风电场的相关问题
　　首先是布局分散，单个风电场规模过小，我国现有风电场装机容量一般在几千千瓦这样的规模对于一个风电场项目来说是不经济的，在全国现有 27 个风电场中，大于 l0MW装机容量的风电场只有11个装机容量平均每个只有 1.5 万 kW，远达不到规模经济的生产规模，由于风电场的规模过小，设备的批量采购数额小，无法得到优惠的价格。风电成本高、电价贵是目前中国风力发电的基本特征，也是制约风电技术商业化的关键因素，据测算，在一般条件下 目前风力发电经营期平均成本一般为 0.32 元/kW，上网电价含增值税为 0.64 元/kWh，不含增值税电价为0.55 元/kWh 同新建煤发电相比发电成本约高 60%~33% ，上网电价(含增值税)高94%~68%。
　　导致风电成本偏高原因主要有两个：一个是固定资产折旧费用大 比例高，在煤发电成本中折旧费用的比重约 20-22% ，而风电却高达53% 高出一倍多，风电设备维修也很高，见下表1：
　　 表1风力、煤炭发电成本构成比(%)
　　
　　
　　二是风力发电容量系数低、 发电量小，由于受到发电时间的限制，一般认为风力年发电时间为2300h ，水力为4000h 火力为 5000h ，所以 ，在相同容量条件下 风力发电量仅相当干煤发电量的 1/2， 因而，尽管风力发电不收资源税， 不消耗任何燃料 而发电成本仍高于煤电。
　　其次是缺乏有经验的开发商。国外的经验表明：一支训练有素的开发商队伍对风电的发展是十分重要的，风电开发商为投资者提供风力资源评价，风电场设计、设备选型、设备安装调试、风电场运行管理等服务，有利于降低风电场开发的交易成本，提高管理水平、提高风电机组的容量系数，降低发电成本，目前风电开发商在国外风电开发中十分活跃，如英国的RES公司和美国SEAWEST 公司都分别在美国、法国等地赢得大量的开发项目开发商的出现，使风电建设进入规模化、专业化发展阶段，为其成本下降奠定了基础。我国这方面的力量还十分薄弱，尚无专门的风电技术培训机构，差不多一个风电场一个开发公司，一个业主，而且每个公司都必须从头做起，学习成本很高，而且专业技术人员多是从事相关行业转过来的，虽然有一些在国外经过了学习或培训 但是总体来说 风电行业的从业人员技术水平距离国际一般水平尚有一定的差距，这也使风电成本升高。
　　二、风电场建设
　　风电场的建造从开始到最终投运大概包括开发阶段和建设阶段。建设阶段通常预计，小于15 Mw的中小型风电场大约1年，大型风电场约需l～2年。开发阶段所需的时间通常难以预计，特别是计划获得批准所要花费的时间取决于强制性程序和建设工程数量，可能从6个月到超过5年。风电机的技术寿命通常是20年。通常开发和建造风电濒通常可以分成4个阶段：1)启动和可行性评估；2)设计；3)建造；4)运行和维护。下面以东山岛风电场为例，数据如表2所示，说明风电场的建设。
　　表2东山岛风电场数据
　　
　　
　　
　　1、风电场启动和可行性评估阶段
　　在这个阶段确定项目的基本参数，例如风电机的数量．种类及总安装容量，比较可能的风电场选址，考虑可利用的风资源，是否接近电网，国家和当地的法规限制等。这一阶段末尾，最不适合的选址将被淘汰，并作出是否继续深入调查研究剩余的备选地址，或者放弃项目的决定。
　　选址和风能资源评估。风电场需要大面积的场址。根据叶片直径，所需的相互之间的空间距离及距离建筑物的距离大约是300～500m，以减少噪声影响并提供安全区域。即使对于中等规模的风电场，例如15台2 Mw风电机的风电场，也需要巨大的土地。一般来说，潜在的适宜的风电场地址是位于平地或者多山地区顶部的开阔地带。挑选地点后，接下来就是通过查询已经存在的数据或者经过长时间的监测，评估当地长期的风能资源。
　　如果地点筛选过程中没有受到限制，那么可以继续进行可行性研究。财政可行性显然是首要条件，没有利润的项目不会吸引投资。风能资源评估和随后的年能量估计是非常重要的，因为这决定了项目收益。来自风的能量与风速三次方成比例。根据当地气象台的风速数据，可以得到当地的风速分布地图。考虑四季风速变化时至少需要完整的一年的数据。
　　2、项目资金筹措
　　图显示了一台2 Mw风电机经过效率优化后的功率一风速曲线。
　　
　　
　　图表说明一个由15台2 Mw风电机组成的30 Mw的风电场的投资和运行费用。假定费用与安装容量完全成比例：每1 MW投资费用1 250万元，年运行费用约40万元。
　　3、建造阶段
　　建造阶段包括从开工到交付可运行的风电场给业主之间的所有行动。一旦前面的阶段都结束，制造和建造阶段就可以开始了。风电机大而笨重，因此需要选择适合交通运输的地点。现场储存和现场组装工作需要每个塔座下大约80m×50m的空间。制造和组装主要部件在风电机厂商的工厂里完成，如下的主要部件要运输到安装地点：①基础锚或柱。②三或四塔筒部件。⑦地面控制器和开关。④完全组装好的机舱(包括齿轮籍、发电机、偏航装置、机械制动、变流器和变压器)。⑤轴和转动叶片。⑥风电场监控和数据采集(SCADA)。⑦变压器(如果安装在地面)。
　　三、风力发电机组的维护
　　风力发电机组的维护工作对风电场的经济运行至关重要。
　　1、维护的概念
　　风力发电机组长年累月置身于野外，运行条件十分恶劣。为了提高风力发电机组的可靠性，延长使用寿命，日常维护十分重要。风力发电机组例行维护的主要目的是通过预防性措施来避免可能发生的设备损坏，其基本途径是通过更换易耗件和消耗品来避免机组故障和不必要的停机。机组制造商一般会提供例行维护的周期和项目。正常情况下，风力发电机组的例行维护周期是固定的，针对新投运机组的月度维护，在其通过试运行后的4周后进行，最长不超过12周，针对已投运机组的半年维护和年度维护。部分机型在运行满2年或5年时，在一年例行维护的基础上还需增加部分检查项目。为减少电量损失，维护工作应尽量选择在低风速情况下进行。
　　2、维护的组织措施
　　根据风电场的装机容量和人员构成不同，从作业形式来讲，国内风电场的维护工作主要有以下几种：
　　1）集中平行式作业，指在相对集中的时间内，集中人力、物力，分组多工作面平行展开工作，该方式适用于装机数量较少的中小容量风场。
　　特点：工期相对较短，便于生产动员和组织管理。但是，人员投入相对较多，维护工具的需求量较大。
　　2）分散流水式作业，指将整个维护工作根据工作性质分为若干阶段，科学合理地分配工作任务，实现专业分工协作，使各项工作之间最大限度地合理搭接，以更好的保证工作质量，提高劳动生产率，该方式适用于装机数量较多的大型风场。
　　特点：人员投入及维护工具的使用较为合理，劳动生产效率高，成本较低。但是，工期相对较长，对组织管理和人员素质的要求较高
　　3）集中流水式作业，指集中人力、物力，分组多工作点同时展开工作，实现专业分工协作，各组相对独立，但通信畅通，相互照应，降低工作强度，提高工作效率、质量，该方式适用于安装大型风机的大型风场。
　　特点：人员、工具投入较为合理，成本合理，工作强度适中，对组织管理和人员素质的要求较高。
　　3、维护工作应注意的问题
　　鉴于国内风电场向大容量、大规模、集团化的方向发展，相应的，维护工作要适应此情况。因此，建议考虑采用如下方式开展维护工作：
　　1）集团公司利用人才优势，成立风机运行、维护、检修的专业技术公司，提供培训、技术支持、工具租赁及复杂故障处理服务。
　　2）各风电场设立专门维护部门，合理安排，利用小风月、变电站或线路检修期间，集中开展风机维护工作，并负责处理小的风机故障。
　　3）利用集团优势，实现国内各风电场跨地域培训，让维护工作人员熟悉不同类型机组；区分不同工种，培养核心成员；实现物资统一调配，缩短进货周期。利用集团优势，实现风电场之间的人员相互调济，可考虑采取固定风电场结对调配，其余风电场临时调配的方式。
　　结语
　　总之，风电场的建设，应确保投资充分利用，收益最大，风电场的维护也应当科学合理地安排检修．使得全寿命使用费用最省。
　　参考文献
　　[1]《风力发电新技术与发电工程设计、运行、维护及标准规范实用手册》(熊礼俭，中国科技文化出版社)
　　[2] 凌 申，沿海地区风能资源开发与新能源产业带的构建一以江苏盐城市为例[J]．商场现代化，2008(24)：197―198．
　　[3] 高靖, 我国风力发电面临的主要困难及解决方案探讨, 国际电力, 2004, 8(1):41-43
　　
　　注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。

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