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CWPC2018设计优化运维:新疆金风科技股份有限公司叶片开发团队负责人闻笔荣——《叶片全生命周期中的价值创造》

2018-04-02 来源:东方风力发电网作者:御风者 浏览数:799

第四届中国国际风电复合材料高峰论坛(CWPC2018)于2018年3月30日上午在江苏省阜宁县天鹅湖大酒店隆重召开,来自海内外的200多个企业、600多余位风电行业、复材行业的精英参加了本届盛会。上午的开幕式结束之后,高峰论坛分别设置了新材料、新技术专场,设计运维优化专场,新产品发布会专场,技术工艺创新专场,产业链对话专场等多个专场,将呈现大量精彩内容。

   第四届中国国际风电复合材料高峰论坛(CWPC2018)于2018年3月30日上午在江苏省阜宁县天鹅湖大酒店隆重召开,来自海内外的200多个企业、600多余位风电行业、复材行业的精英参加了本届盛会。上午的开幕式结束之后,高峰论坛分别设置了新材料、新技术专场,设计运维优化专场,新产品发布会专场,技术工艺创新专场,产业链对话专场等多个专场,将呈现大量精彩内容。
 
  新疆金风科技股份有限公司叶片开发团队负责人闻笔荣在设计优化运维专场做了题为《叶片全生命周期中的价值创造》的演讲。以下为演讲内容实录:



新疆金风科技股份有限公司叶片开发团队负责人闻笔荣
 
  首先,我们看一下叶片全生命周期中的风险如下:一类是由于设计缺陷导致的失效,第二,是由于适应性不匹配导致性能低下,再是质量差、可靠性低导致失效风险高,还有噪音、光污染的情况。
 
  叶片全生命周期有两个阶段,一个是叶片的前半生,是在纸上设计的过程和生产厂家生产的过程,这个过程保证的是叶片的设计和生产的复合型。后半生是最长的时间,20年都是在风场运作。在这个价值创造体系里面,生命周期最长的部分就是在运行、运维。这是我会重点地讲一下叶片在漫长的生命周期中,运维到底能创造哪些价值。
 
  简单说一下,现在的风机,金风有一个智能化的5S的标准,这样来评估是相对比较简单或者比较原始的设计。我们会把这些技术迁移到过去的这些已有的平台,让它发挥更大的作用。
 
  第二部分我讲一下过程当中的一个风险的分析。这是叶片在运行一段时间之后出现的一个问题,包括扫塔、叶尖的破损,还有一些凋落的情况,这些都是在叶片20年中叶组或者整机厂都不愿意看到的情况。这些有一些是因为设计,有一些是因为生产的问题。
 
  我们发现在统计完全国大多数工厂或者说我们能看到的数据,我们会发现叶片的失效40%是由于生产工艺的问题,25%是由于设计的问题,还有15%是因为生产性的缺陷,另外一半是由于原材料问题,一半是由于雷击的问题。我们做了一个整体的数据的分布的调研。
 
  我们发现叶片在装机年出现问题的概率是3%,第三年是0.5%左右。也就是说风机的叶片在安装满三年或者两年之后,如果有问题,基本上都集中爆发了。在周期之后的问题可能是叶片疲劳或者是生产在当时无法预知引起的问题。
 
  我们讲一下抛开生产和设计问题,我们机组和叶片在运转过程中本身有性能的衰减,在叶片的全生命周期随着时间的变化,性能会呈现一个逐渐衰减的态势,我们需要通过运维和技术来进行改善。
 
  第三部分是价值的创造,这里分成三点。第一个是设计的提升,第二个是质量的提升,第三个运维的提升。
 
  设计,现在的设计更多地不光是设计好叶片,还有集合气动载荷等等整体做一个系统的设计,所有的部件在同一个平台上进行整体的优化来满足市场和客户的要求。
 
  第二个是叶片质量的提升,这个是金风的一些经验,金风对叶片的质量进行了一个无损检测的要求,对一些重点的项目,我们都通过叶片切片的验证来保证质量。对所有的型号都有一个非常完整的认证和验收的过程。
 
  我们所有的供应商的工厂都有一个严格的工厂管控制度,包括验收、平台搭建、对原材料的整体提升等等。
 
  对运维的提升,有这样一个理解,运维的活动有很多种,但是基于价值可以分为三个阶段。一个是蓝海,综合整机的控制、系统优化、叶片的增值技术,保证了价值。红海其实就是很多的技术在各个厂家或者是第三方的设计。这里有一个非常充分的竞争,大家创造的价值或者对于个体的效益会比较地平均。最后一个是技术含量相对会比较低,在这个状态下拿到的合作或者各方面的工作其实并不是基于技术,可能是基于别的原因。
 
  基于这样的分类,我们把运维分成几个方面,第一个是对现场的检查,通过机舱、望远镜,包括平台用机器人、无人机,然后无损的超声波和红外探测等等。这是几乎所有的单位和机构都能进行的一个现场的检测。
 
  这部分我认为会比较简单,同时创造的价值也比较低。真正对于机组或者叶片20年的运行周期能创造价值的是一套整体的解决方案,包括偏航误差的校正、风控的算法和额定功率等等,其中针对叶片很多的增功效果可以用在价值创造上面。
 
  控制技术的核心,第一个就是功率的误差校正,包括功率的自适应,包括功率的最优控制和转速控制。还有基于云计算可以进行数据集中处理。
 
  我们介绍一下功率误差的校正,我们通过对于控制策略的优化,能够将机组长年累月产生的数据和产生的偏差,通过系统的优化达到提升发电量的目的。虽然说是系统的优化,但是它最终的结果是作用在叶片上,功率的优化调整能够反映在机组的发电量,可以优化0.5%—3%,可以提升1%—3%的发电量。
 
  偏航误差可以基于机组的历史数据修正偏航的误差,能够在不增加任何载荷和负担的情况下提升机组的发电量。可以通过扇区管理对机组的噪音进行控制,对平缓地形进行合理规避,使叶片受载更加均匀和合理。并且可以对于特定扇区的管理,可以对居民区减少光影和噪声的影响。
 
  第二部分是讲叶片的气动优化的过程。一种是采用数字化预警系统。第二种是系统优化。气动的增功、气动的改型、适应性的提升等等,做到最优的投入产出比。
 
  这里气动的附件,现在常用的包括涡六生器,扰流板等等,都是基于特定的场景使用,并不是所有情况下都会应用。但是现在基本上在所有的机型上进行了应用和验证。
 
  第二种是气动的改型,由于我们过去用一种机型、叶片覆盖了全国所有的市场。现在我们可以通过雷达的测风、控制和延长技术,可以针对某一指定的风电场提高收益率。
 
  第三个是叶片的适应性的提升,这里比较核心或者说现在有应用前景的技术是叶片的除冰技术,在中国广大的云贵地区,很多风场或者项目有叶片凝冰的情况。这些地方可以对现在的技术进行改造。
 
  第四个就是叶面的预警系统,可以通过叶片的频率以及运行过程当中对整机频率的对比和实时跟踪,直接反馈给主控叶片是否发生损坏,在大数据的平台上可以对叶片的整个风险进行全生命周期的预测,甚至可以达到实时的预计。
 
  最后我们所有的控制,气动优化,对功优化、自适应、转速,最后我们可以提高机组的功率曲线,能为叶组、最终用户提高整体的发电量和收益率。这张图,我要说的就是运维的价值到底是什么。
 
  这条蓝线就是机组或者叶片,在全生命周期中性能是不是呈下降的曲线。我们如果用普通的运维,只能保证下降趋势不是那么地严重。但是我们通过控制和气动的优化,单独能把整个的功率拉回到原来设计的程度。但是它的衰减会一直地进行,只不过会有一个周期性的变化。如果我能把正常的叶片的运维、气动和控制策略的优化全部使用上,我们能够在叶片的全生命周期将它的性能和机组的性能提升到原来设计值以上的水平。这就是我认为叶片全生命周期真正能创造价值的地方。
 
  我们做过一些评估,我们认为当我们把所有现代控制技术和运维的工作全部进行之后,能够提高整场发电量6%—10%,整个项目收益率能够达到5%—8%。
 
  未来的方向其实不是我要讲的内容,它是一个向大家提的问题,我们现在所做的工作是把已有的技术做了一个整合。那么到底什么是未来能够真正解决的问题,或者让我们风机能够发更多的电,叶片的性能更优秀,而且能免维护、风险更低,这可能是需要大家一起探讨的地方。
 
  (内容来自现场速记,未经本人审核)

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