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变桨系统可靠性对风机度电发电成本的影响

提高风机可靠性和发电时间对于降低风机度电发电成本以及保持风电的竞争力非常重要。
在过去,业主的主要关注点都在齿轮箱总成的设计和运维改进来减少停机时间。而现在,
通过变桨控制系统的设计优化就能显著减少运维需求从而降低整个寿命周期的成本。

内容要点

  • 通过提高风机可靠性降低度电发电成本
  • 变桨系统的重要性及其对可靠性的影响
  • 通过减少内部组件数量提高可用时间
  • 减少定期维护时间带来更高生产效率

本白皮书主要讨论了新一代变桨系统如何提高风机可靠性从而降低风机度电发电成本。

下载穆格白皮书,了解新兴技术如何帮助风电制造业应对行业性难题。

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话题一

可再生能源在新增发电容量中占据主导地位

在过去十年中,清洁可再生能源装机容量的大幅增长彻底地改变了全球能源行业的格局。风能、太阳能和生物质能等非水力可再生能源变得越来越有竞争力,在全球范围内产出的电量与天然气相当,是核能的两倍以上。

2015年,全球风能装机容量增长了16%,使得累计装机容量增至433 GW。全世界历时约四十年才达到433 GW的装机容量;然而,接近15%(63.5 GW)的装机容量是在过去一年里实现的。

话题二

风机可靠性是决定度电发电成本的一个关键因素

度电发电成本(LCOE)是衡量一台风机的安装和运行净成本与风机寿命周期内预期发电量(不包括激励)的比值。度电发电成本是风能项目中常用的投资回报指标,并且通常是政府、公用事业公司、独立发电厂和主要咨询公司用于确定特定发电设施和/或资产竞争力的标准方法。

在过去十年中,全球风力发电项目的平均度电发电成本已降至新低。这种变化可归因于若干与风机相关的进步,包括自动化和电子技术的进步、更长的叶片和更高的塔筒。这些进步使得风能捕获的效率提高,容量系数增大。

话题三

风电行业的痛点——变桨系统是一个主要的故障点

风机的可靠性依赖于其部件的可靠性(见图3)。风电行业面临的一大挑战在于,如何提高部件可靠性才能使投资回报最大。大多数有关该主题的历史研究专注于机械和电气系统层面的分析——对于部件层面的故障分析罕有深入研究。

话题四

变桨系统的平均可靠性水平

在2016年,穆格和DNV GL合作开展了一个可靠性平均水平分析及度电发电成本分析的项目。利用自有数据库以及穆格提供的运行数据,DNV GL平均水平研究包括69个项目的现场数据,共涉及约5.3 GW装机容量和400多万个风机运行日,用于建立不同地区、不同风机等级范围和不同变桨技术的变桨系统可靠性均值样本。

DNV GL的69个项目中每一个项目都有不同的数据内容,例如业主报告含有部件停机时间,故障跟踪记录包括了部件替换的情况,还有风场SCADA系统里的故障日志。

话题五

变桨系统可靠性优化方法的分析

穆格为陆上和海上风机开发和制造高性能的变桨系统和变桨产品。目前,40000多套穆格变桨系统和产品在全球22000多台风机上运行。

为了确定最具潜力的变桨系统可靠性优化路线,穆格评估了三种可选的变桨技术;包括:

  • 电动液压型(EH)—— 成熟的技术,因此,改善可靠性的潜力非常有限。
  • 电动静液型(EHA)—— 对于需要出力大的应用来说具有很大的吸引力。但是,几乎没有机会进一步改善这种系统的可靠性。
  • 电动机械型(EMA)—— 在通过设计优化改进系统可靠性方面具有巨大的潜力。

话题六

穆格变桨系统的发电成本分析

DNV GL将可靠性均值研究的结果用作输入,分析了度电发电成本对变桨系统可靠性变化的敏感性。DNV GL还采用了穆格提供的包括新系统在内多个变桨系统平台的可靠性样本。该研究使用了两种DNV GL建模工具(Turbine.Architect和OMCAM)来计算资产成本、运营成本和发电成本。

Turbine.Architect是一种用于概念设计和分析的成本模型工具。该工具可用于研究各种不同的输入参数及其对风机资产成本、风电场资产成本、能源捕获、运营成本和发电成本的影响。OMCAM最早于2006年开发出来,可以为业主和运营商准确评估未来项目在特定运维策略下的运维成本以及风机的可用性。

Jim Abraham

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Ivon Philip

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Jenny Brendan

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