孟繁擘：風(fēng)電機(jī)組全系統(tǒng)綜合優(yōu)化提升的技術(shù)應(yīng)用

2023年10月16日-19日，2023北京國際風(fēng)能大會(huì)暨展覽會(huì)（CWP2023）在北京如約召開。作為全球風(fēng)電行業(yè)年度最大的盛會(huì)之一，這場(chǎng)由百余名演講嘉賓和數(shù)千名國內(nèi)外參會(huì)代表共同參與的風(fēng)能盛會(huì)，再次登陸北京，聚焦中國能源革命的未來。

本屆大會(huì)以“構(gòu)筑全球穩(wěn)定供應(yīng)鏈 共建能源轉(zhuǎn)型新未來”為主題，將歷時(shí)四天，包括開幕式、主旨發(fā)言、高峰對(duì)話、創(chuàng)新劇場(chǎng)以及關(guān)于“全球風(fēng)電產(chǎn)業(yè)布局及供應(yīng)鏈安全”“雙碳時(shí)代下的風(fēng)電技術(shù)發(fā)展前景”“國際風(fēng)電市場(chǎng)發(fā)展動(dòng)態(tài)及投資機(jī)會(huì)”“風(fēng)電機(jī)組可靠性論壇”等不同主題的21個(gè)分論壇。能見App全程直播本次大會(huì)。

10月19日上午，銳源風(fēng)能技術(shù)有限公司技術(shù)中心主任孟繁擘在風(fēng)電機(jī)組優(yōu)化升級(jí)專題論壇上發(fā)表題為《風(fēng)電機(jī)組全系統(tǒng)綜合優(yōu)化提升的技術(shù)應(yīng)用》的主題演講。

以下為發(fā)言全文：

各位領(lǐng)導(dǎo)來賓大家好，非常榮幸作為本次大會(huì)的壓軸發(fā)言，通過前兩天各行各業(yè)專家領(lǐng)導(dǎo)的介紹，關(guān)于智慧化的風(fēng)場(chǎng)、智慧化的運(yùn)營、運(yùn)維方面、數(shù)據(jù)化方面的，很多內(nèi)容各位專家已經(jīng)介紹過了，我這邊就是挑一些大家沒說的要點(diǎn)來說一下，大家已經(jīng)說過的我就快速過了。我是來自銳源風(fēng)能，銳源風(fēng)能是華銳風(fēng)電后市場(chǎng)子公司，我們公司前兩天陸續(xù)有各位專家對(duì)整體集團(tuán)的部署都做過介紹，我在這里主要針對(duì)后市場(chǎng)實(shí)際技改點(diǎn)位的情況給大家做個(gè)匯報(bào)。

首先快速過一下行業(yè)背景，新增裝機(jī)容量這個(gè)圖我只到2021年，目前為止對(duì)2022年各方面的統(tǒng)計(jì)口徑還是有一個(gè)差異，但是總體上跟2020年和2021年持平，就是風(fēng)電裝機(jī)容量在2020年開始三年是穩(wěn)步增長，累計(jì)到2023年這個(gè)數(shù)值已經(jīng)突破4個(gè)億。但是具體值是多少，我目前查了三個(gè)口徑的數(shù)據(jù)都不一樣，這么大的裝機(jī)容量怎么分布，我們以海上風(fēng)機(jī)為例，這個(gè)是截止到2022年底海上風(fēng)機(jī)各機(jī)組容量的占比，大家可以看到新增機(jī)組基本上是6兆瓦以上的，前期是以6兆瓦以下，4兆瓦左右為主的。海上風(fēng)電存在一個(gè)現(xiàn)象，我的單臺(tái)機(jī)組的容量是越來越大的，越來越大對(duì)后市場(chǎng)造成的影響就是風(fēng)機(jī)是停不起的，這個(gè)是海上機(jī)組。

陸上機(jī)組是什么情況？由于5年前、10年前，陸上機(jī)組已經(jīng)把風(fēng)資源比較好的區(qū)域占沒了，所以導(dǎo)致了目前陸上機(jī)組它的情況是，超過10年的老舊機(jī)組基本上占整個(gè)后市場(chǎng)比例的50%以上，而且主要以3兆瓦以下的機(jī)組為主。

這樣綜合海上和陸上兩個(gè)市場(chǎng)的總體行情，對(duì)后市場(chǎng)來講，對(duì)于海上的新機(jī)組單機(jī)容量很大，它停不起，這樣就造成了必須要加大后市場(chǎng)和后運(yùn)維的投入力度，增強(qiáng)它的智能化的運(yùn)行。對(duì)于舊機(jī)組大家說運(yùn)維很方便，尤其是老舊機(jī)組單機(jī)容量下，停一停無所謂，一臺(tái)機(jī)組停一天損失不了多少發(fā)電量。很嚴(yán)重的問題是老舊機(jī)組停得起、修得快，成本也低，但是修的太頻繁了，這就導(dǎo)致它的總體的運(yùn)維成本并不低。因?yàn)樗恢痹谛蓿杀揪蛪翰幌聛怼?/p>

銳源公司針對(duì)整個(gè)后市場(chǎng)做了一個(gè)整體的運(yùn)維體系。簡(jiǎn)單介紹一下我們銳源公司，銳源公司是華銳風(fēng)電全資子公司，目前是高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，我們從風(fēng)力發(fā)電機(jī)核心能力，產(chǎn)品涵蓋整體的服務(wù)體系、專業(yè)研發(fā)團(tuán)隊(duì)和比較龐大的后市場(chǎng)運(yùn)維，形成了比較全套，可以涵蓋風(fēng)電場(chǎng)全生命周期后市場(chǎng)運(yùn)維體系。技改種類上我簡(jiǎn)單說一下，相信具體的細(xì)節(jié)點(diǎn)各位同行公司已經(jīng)闡述比較多了。

首先是分為三大塊，第一個(gè)就是監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)是指機(jī)組目前現(xiàn)有能力監(jiān)測(cè)不到的問題，通過增加這些傳感器、智能應(yīng)用的監(jiān)控給它補(bǔ)充監(jiān)測(cè)上，包括無人的巡檢、無人飛機(jī)、無人機(jī)器人，機(jī)艙內(nèi)部的內(nèi)窺鏡、視頻的巡檢。再就是溫度各個(gè)部件、發(fā)電機(jī)、軸承、齒輪箱、油溫，葉片主要是葉片、塔筒，傾角是塔筒的傾角監(jiān)測(cè)，振動(dòng)是整個(gè)傳動(dòng)鏈各個(gè)部位，包括主軸、齒輪箱、振動(dòng)，超聲檢測(cè)主要應(yīng)用于葉片，尤其是通過對(duì)葉片聲紋超聲波分析，可以精確發(fā)現(xiàn)這個(gè)葉片是不是有覆冰、破損。最近比較常見的螺栓監(jiān)測(cè)，包括凈空監(jiān)測(cè)，技改銳源公司形成了一整套全方位的技改體系，機(jī)組每個(gè)部件的點(diǎn)位我們也都有相應(yīng)的技改進(jìn)行覆蓋，最后是增效，通過控制增效、降載增效、葉片和塔筒、以大代小。

現(xiàn)在面向后技改的公司，大家技改的點(diǎn)是非常多的。基本每個(gè)故障都有一個(gè)技改點(diǎn)位與之對(duì)應(yīng)，而且技改手段是比較成熟的。這個(gè)市場(chǎng)也是比較成熟的，但是現(xiàn)在出現(xiàn)一個(gè)新的問題，怎么診斷故障所在的這個(gè)點(diǎn)，風(fēng)機(jī)報(bào)故障報(bào)的是故障，什么原因?qū)е逻@個(gè)故障發(fā)生，目前這個(gè)可能是整個(gè)行業(yè)所面臨的一個(gè)急需解決的問題。所以銳源公司提出要建立有效的綜合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，它能夠?qū)φw的機(jī)組進(jìn)行綜合的監(jiān)測(cè)，并對(duì)問題進(jìn)行深入的分析和挖掘，能夠?qū)ΠY下藥。這個(gè)就是我們目前監(jiān)測(cè)系統(tǒng)所面臨的幾個(gè)難題，也是各個(gè)廠家和業(yè)主單位比較頭疼的。

    首先第一個(gè)布局很分散，風(fēng)能展我這兩天看了，各個(gè)點(diǎn)位的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可謂是五花八門，非常全面。但是有一個(gè)問題大家不太能夠很容易的進(jìn)行整合，比如說我監(jiān)測(cè)葉片振動(dòng)的一個(gè)廠家，螺栓的一個(gè)廠家，防雷的一個(gè)廠家，機(jī)組內(nèi)部做CMS是一個(gè)廠家，做溫度監(jiān)測(cè)又是一個(gè)廠家，每一個(gè)廠家都能提供一個(gè)點(diǎn)位的監(jiān)測(cè)。但是問題來了，風(fēng)機(jī)很多問題不是一個(gè)點(diǎn)位造成的，是各個(gè)點(diǎn)位之間相互影響造成的共同的結(jié)果。而我們需要面臨的一個(gè)問題就是，我們能夠把這些布局分散、孤島效應(yīng)、閾值單一、范圍受限這些整合起來，精準(zhǔn)對(duì)問題進(jìn)行一個(gè)定位。舉個(gè)簡(jiǎn)單的例子，機(jī)組振動(dòng)是一個(gè)故障，這是一個(gè)故障，但是它不是故障的原因，風(fēng)機(jī)報(bào)出一個(gè)振動(dòng)故障之后，業(yè)主只知道他報(bào)了振動(dòng)故障，為了安全性我要停機(jī)，但是這個(gè)振動(dòng)是由什么導(dǎo)致的，現(xiàn)在很多廠家沒法進(jìn)行分析。

我舉個(gè)例子可能是由塔筒振動(dòng)，如果我們進(jìn)行了一個(gè)全方位的監(jiān)測(cè)布局可以進(jìn)行反推，比如什么可以造成機(jī)組振動(dòng)，第一個(gè)就是輪轂的系統(tǒng)可以造成機(jī)組振動(dòng)，第二個(gè)是傳動(dòng)鏈系統(tǒng)可以對(duì)機(jī)組造成振動(dòng)。還有風(fēng)資源對(duì)機(jī)組造成振動(dòng)，通過全方位布局的監(jiān)測(cè)，當(dāng)機(jī)組發(fā)生振動(dòng)故障的時(shí)候進(jìn)行反向數(shù)據(jù)建模和分析，分析出這次振動(dòng)原因是由于極端條件下的風(fēng)湍流造成的機(jī)組塔筒的振動(dòng)。這個(gè)時(shí)候這個(gè)振動(dòng)我們就認(rèn)為它的危害性比較低，因?yàn)檫@是大自然調(diào)整，你沒有方法進(jìn)行一個(gè)維修和改善。如果通過反向分析對(duì)這個(gè)振動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的智能拆解，發(fā)現(xiàn)是輪轂系統(tǒng)帶來的振動(dòng)，輪轂系統(tǒng)帶來的振動(dòng)，說明葉片存在一個(gè)損傷或者是覆冰，導(dǎo)致了它的氣動(dòng)不平衡，產(chǎn)生了振動(dòng)，這個(gè)振動(dòng)我們就要及時(shí)的對(duì)它進(jìn)行修復(fù)和解決。

如果通過數(shù)據(jù)分析算法反推出來這個(gè)振動(dòng)是由于傳動(dòng)鏈造成的，就是主軸、齒輪箱系統(tǒng)它的缺陷，比如齒輪箱斷齒，造成這個(gè)振動(dòng)。這個(gè)振動(dòng)故障就屬于非常嚴(yán)重的機(jī)組故障，必須要進(jìn)行大部件整體體檢和更換。所以這個(gè)是目前行業(yè)所需要的一個(gè)發(fā)展方向，就是我們需要知道問題，并且對(duì)問題能夠有一個(gè)快速的定位，這就需要我們搭建一個(gè)整體全套的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。對(duì)于我們銳源公司來講，我們就是對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行了一個(gè)總體的綜合監(jiān)測(cè)，這樣不管哪個(gè)點(diǎn)位發(fā)生問題，都可以直接找到造成這個(gè)問題的信息源，從而對(duì)它進(jìn)行一個(gè)對(duì)癥下藥和專項(xiàng)的治理。

在整體的布局上，我們分為四個(gè)層次，第一個(gè)層次是基礎(chǔ)層，就是大基地層和網(wǎng)絡(luò)層。然后就是監(jiān)測(cè)部位，監(jiān)測(cè)部位包括風(fēng)資源、葉片和機(jī)組其他的大部件，做成一個(gè)整體的架構(gòu)。在傳感器上我們采用多種傳感器耦合的方式能夠提供監(jiān)測(cè)精度和監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確度。最后是應(yīng)用層，在應(yīng)用層既可以進(jìn)行后市場(chǎng)的智能運(yùn)維應(yīng)用，同時(shí)我也可以進(jìn)行更深層次的數(shù)據(jù)挖掘和整體問題的深入分析。這是我們整體的一個(gè)智慧監(jiān)測(cè)的系統(tǒng)。

通過整體的布局，銳源風(fēng)能主要是建立了這個(gè)體系，首先是一個(gè)全方位的立體布局，然后是全角度的參量監(jiān)測(cè)，最后是全系統(tǒng)的有效融合，通過三個(gè)層次的整體構(gòu)建搭建出來完整的智慧監(jiān)測(cè)體系。通過智慧監(jiān)測(cè)體系，我們最終要做的是一個(gè)綜合優(yōu)化，什么是綜合優(yōu)化，因?yàn)閱为?dú)的優(yōu)化就不過多細(xì)述了，因?yàn)楦鱾€(gè)點(diǎn)位的專家已經(jīng)對(duì)每個(gè)優(yōu)化細(xì)節(jié)的介紹是很完善了，但是目前行業(yè)缺乏的是什么呢？是一個(gè)綜合的優(yōu)化，什么是綜合的優(yōu)化？目前我們很多技改方式處于是頭痛醫(yī)頭、腳痛醫(yī)腳的模式，我發(fā)現(xiàn)一個(gè)問題就去治理這一個(gè)問題，但是我不會(huì)去連帶對(duì)它有影響的問題進(jìn)行整體的分析，比如我頭疼了就治頭，但是這個(gè)可能不是頭的原因造成頭疼，因?yàn)槟忝看晤^疼治頭的，最后你會(huì)一直頭疼，因?yàn)槟銢]治根。所以我們推出是綜合優(yōu)化的手段，通過數(shù)據(jù)分析有效的把現(xiàn)有的技改進(jìn)行一個(gè)整合打包發(fā)送給業(yè)主，變成了對(duì)業(yè)主來講是一個(gè)綜合性總體的提效。

接下來是整體的一些解決方案，解決方案我就簡(jiǎn)單說，因?yàn)槊總€(gè)點(diǎn)位各個(gè)專家已經(jīng)說的很全面了，首先是葉片技改方面，我們有全生命周期解決方案，更換長葉片、葉片延長、小翼。小翼我們有一個(gè)創(chuàng)新點(diǎn)是有一個(gè)雙小翼，這個(gè)是單小翼，這個(gè)大家應(yīng)該都見過，這個(gè)雙小翼不知道大家見沒見過，這是我們最新應(yīng)用的一種小型的小翼技改方式，以前的小翼是彎一個(gè)叉，雙小翼是彎兩個(gè)叉，更好能減少氣流擾動(dòng)。氣動(dòng)上包括擾流條，系統(tǒng)模型的改善。

我在這里給大家做一個(gè)總結(jié)，目前的葉片除冰方案總體有三種方式，第一種是涂料，這個(gè)成本是最低的，但是收效相當(dāng)較少，這次展會(huì)有很多廠家提供涂料方案。然后是電加熱，電加熱主要是分兩種加熱，一種是外部加熱，一種是內(nèi)部加熱。外部加熱就是把這個(gè)除冰的東西放在外表面，內(nèi)部加熱是放在里面，內(nèi)部氣動(dòng)的加熱，通過加熱空氣在內(nèi)部進(jìn)行流通。目前這三種方式銳源公司也是在全國各地的現(xiàn)場(chǎng)做過很多次實(shí)際的應(yīng)用，總體上來講目前電加熱用的比例還是稍微高一些的，涂料用的也比較多，但是涂料效果不是說特別明顯，電加熱外部加熱風(fēng)險(xiǎn)比較高，因?yàn)槿菀滓鹨祝瑑?nèi)加熱目前效果還是可以的。然后是氣熱，氣熱主要是加熱氣的設(shè)施比較龐大，也比較笨重，這個(gè)目前來講它的成本還沒有完全的壓下來，這是葉片除冰。

在PLC國產(chǎn)化方面，剛才各位專家都說過了，銳源公司也有自己PLC國產(chǎn)化的體系，這是我們的國產(chǎn)PLC系統(tǒng)。變槳系統(tǒng)的解決方案，老舊變槳系統(tǒng)首先是國產(chǎn)化，另外還有一個(gè)輔助的控制系統(tǒng)，這也不多說了，我們產(chǎn)品還是非常多的。然后是各類的輔控系統(tǒng)，為什么是輔控系統(tǒng)，面向陸上很多老舊機(jī)組控制系統(tǒng)是不完善的，傳感設(shè)備處于一種失靈或者是不穩(wěn)定的狀態(tài)，所以我們?cè)黾恿撕芏噍o助控制系統(tǒng)，給機(jī)組做成安全的備份和冗余。包括電纜的監(jiān)測(cè)，我們知道電纜是三根，有幾個(gè)問題，首先對(duì)于單根來講，單根它的電流波動(dòng)的影響比較大，另外一個(gè)三根之間的電流不平衡，這是這么一個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

在智能超速上，輪轂超速的解決方案里自動(dòng)偏航、輪轂超速輔助的輔控保護(hù)系統(tǒng)，這是實(shí)際應(yīng)用的一個(gè)案例，這是現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的控制柜，包括智能保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)PLC的界面。還有備用電源在線監(jiān)測(cè)的解決方案，因?yàn)槲覄偛沤榻B了我們公司現(xiàn)在做的是全系統(tǒng)綜合的監(jiān)測(cè)，所以我們?cè)诿總€(gè)點(diǎn)位都有自己的解決方案，但是每個(gè)解決方案我就不詳細(xì)的去跟大家介紹了，包括發(fā)電機(jī)定子監(jiān)測(cè)。集電環(huán)碳粉的監(jiān)測(cè)，這個(gè)都是針對(duì)每一個(gè)具體應(yīng)用點(diǎn)位詳細(xì)的介紹。包括電控柜的降溫解決方案、并網(wǎng)接觸器，很多點(diǎn)位都有自己的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和解決方案，大家如果感興趣可以和我們公司進(jìn)行交流，每個(gè)檢測(cè)技術(shù)都是比較成熟的，可以進(jìn)行獨(dú)立檢測(cè)，也可以進(jìn)行組網(wǎng)檢測(cè)，組網(wǎng)檢測(cè)出現(xiàn)問題的時(shí)候我們會(huì)快速定位，究竟是哪個(gè)部位發(fā)生了問題，最大程度幫助業(yè)主提供更好的解決方案，包括齒輪箱的解決方案。

所以做一個(gè)簡(jiǎn)單的總結(jié)，我們銳源公司目前來講對(duì)于整個(gè)綜合性監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的理解就是，未來的監(jiān)測(cè)方向肯定不能是部件監(jiān)測(cè)，我們現(xiàn)在做的很多監(jiān)測(cè)都是部件級(jí)別的監(jiān)測(cè)，葉片沒有監(jiān)測(cè)，葉片上一套，塔筒沒有監(jiān)測(cè)，塔筒上一套，齒輪箱上一套，這個(gè)東西無法構(gòu)成協(xié)同有效一體化的綜合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，出了問題之后還是找不到問題在哪兒，所以這就是未來的監(jiān)測(cè)方式，未來的復(fù)合型技改也是一樣，未來的技改不應(yīng)該是單項(xiàng)技改，剛才很多人提質(zhì)增效，以大代小，要不換長葉片，換長葉片一定是最好的嗎。

銳源公司前一段時(shí)間有非常實(shí)際的例子，業(yè)主有個(gè)風(fēng)場(chǎng)，他的建場(chǎng)可研理論發(fā)電小時(shí)數(shù)是1800小時(shí)，實(shí)際只發(fā)到了1200多小時(shí)。業(yè)主找到我們做提升，直接換長葉片，我們經(jīng)過分析之后發(fā)現(xiàn)，換長葉片只是在你機(jī)組現(xiàn)有的發(fā)電量上再提升30%或者是20%。根據(jù)長度理論推算，現(xiàn)在這1200小時(shí)，我給你提升30%你又能提升到多少呢，就1500小時(shí)。但是其實(shí)你通過一些低成本的，經(jīng)過故障診斷，我把你的對(duì)應(yīng)點(diǎn)位小故障進(jìn)行修復(fù)，你就可以從1200小時(shí)直接變到1600或者1800小時(shí)，這個(gè)過程你是不需要花大價(jià)錢的，你在1800小時(shí)基礎(chǔ)上再進(jìn)行葉片更換，就是在1800小時(shí)的基礎(chǔ)上提升30%，那你的風(fēng)電場(chǎng)收益就會(huì)過2000個(gè)小時(shí)，這才是進(jìn)行最優(yōu)化的技改方案。

這是銳源所提倡的，未來的技改一定是復(fù)合型技改，絕對(duì)不是單點(diǎn)技改，單點(diǎn)技改相當(dāng)于只能這個(gè)點(diǎn)位壞了修這個(gè)點(diǎn)，下個(gè)點(diǎn)位修下個(gè)點(diǎn)，沒辦法根治風(fēng)機(jī)現(xiàn)有的問題，也沒辦法達(dá)到風(fēng)電最好的運(yùn)行狀態(tài)，這個(gè)就是今天銳源公司匯報(bào)最核心的思想。

謝謝大家。

（根據(jù)演講速記整理，未經(jīng)演講人審核）