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风机性能升级:免费能源真的免费吗?

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Operational energy assessment
性能升级改造是当今风能领域的一个热点话题;其包含各类改良以提高已有风机的发电量。
  • 发布日期:
  • 关键词: Energy

性能升级改造是当今风能领域的一个热点话题;其包含各类改良以提高已有风机的发电量。人们很难拒绝看似免费的额外电能。但“免费”电能下隐藏的成本是什么呢?答案因升级类型而不同。

在一些情况下,行业内已经在技术方面有所收获,如通过增加扰流器或升级控制算法,从风资源中更有效地获取能源。

其他方法利用特定场址中的风机实际结构载荷与设计假定载荷相比的冗余度。例如,当风机的额定功率增加,风机零部件的许多结构载荷也随之增加。只要载荷量不超过风机设计载荷就不会出现问题。然而如果业主想要利用载荷冗余延长风机使用寿命,使风机运营期超过最初设计值,在不采取特别措施的情况下,提高功率的做法将会影响到业主这一计划。

下面列举了一些一般的升级类型,每种类型对应了各自的额外能源来源:

升级类型

额外能源来源

超过基线的载荷变化

超过设计载荷的风险?

动力学设备

改进的叶片空气动力学

载荷稍许增加

不可能

偏航优化

低效率修正

可能稍许增加载荷

不可能

额定功率下变桨优化

增加额定功率(升级)

场址资源裕度

载荷增加

切入风速/切出风速扩展

其它控制装置修改

场址资源裕度

可能增加载荷

“基准线”指升级前风机承受的载荷

使用寿命指的是风机在结构良好和经济有效的方式下可运行的时间周期。因为结构疲劳故障概率随时间而增加,风机的寿命主要受疲劳载荷影响。当载荷增加量超过了基准线,使用寿命将缩短。下图展示了载荷(红色)和承载能力(绿色)的说明性分布。当载荷超过承载能力时会出现故障,因此故障概率为图表中两条曲线的重合处的累计概率。

由于结构一直受到疲劳载荷的影响,累积的疲劳损害在增加(载荷越来越靠近承载能力极限),因此故障概率也随时间而增加。性能升级,如增加额定功率,载荷将升高,也会增加故障概率。需要注意防止在升级性能时现场风机载荷超过设计载荷,因为结构性故障概率将超过可接受的风险等级。。

不同于使用场址冗余度来升级和在短期内获得更多电能,冗余度可以用来延长风机的使用寿命并在长期内获得更多电能。为了决定哪种方案最适合您的项目,应考虑下列步骤:


  • 场址载荷分析:使用特定数据分析场址载荷并决定可能的升级方式和方案的确定。
  • 分析项目风险:所有升级带来的影响均应进行分析,包括对可靠性和部件故障率的影响,辅助设施改造,如增加冷却能力,风机可用性以及对认证状态和质保的影响,等等。
  • 通过成本模型评估:模拟性能升级带来的财务影响,通过整个寿命期进行对比。

两种方案的评估是重要的一步,因为基于整个生命周期来考虑,在一些情况下,相比于在短期内获取更多的电能的方案,延长运行寿命总体上将获得更多的回报。

因为性能升级的技术复杂性和行业内缺乏经验进行回报预期,性能升级具有挑战性。在系统中建立了保守性和安全系数来管理不确定性。一些升级降低了保守性,因此为了弥补保守性的降低,需减少不确定性——或至少充分理解和模拟不确定性。

结果是大部分升级并不是免费的——它们加速了风机的产能工作,因此延长寿命并不容易达到。某个性能升级可能适合您的项目,但应充分理解其带来的影响,并将其与相对应的选择进行对比以确定能将您项目的利益最大化的方案。