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风力发电机组及风电场的延寿

行投资延长使用期限可让运营商/投资商后获取更多收益

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Klaus Georg Hansen Klaus Georg Hansen
Principal Engineer Concrete Structures and Geotechnics

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wind turbine inspection
DNV GL 评估风机延寿潜力的方法
  • 发布日期:
  • 关键词: Energy

作者:克劳斯·乔治·汉森 (Klaus Georg Hansen),DNV GL 可再生能源认证首席工程师,  邮箱(Email): klaus-georg.hansen@dnvgl.com

校对(Proofreader):董 超 (Dong Chao, Leo), DNV GL 可再生能源认证项目经理及业务发展经理 (Project Manager and Business Development Manger), 邮箱(Email): leo.dong@dnvgl.com

对运营商、投资商和制造商而言,延长风力发电机组的使用期限是一项有利可图的选择,可提高风电场的盈利能力。对延长使用期限进行投资,可让运营商/投资商在分期偿还初始投资成本后获取更多收益。

评估风力发电机组或风电场使用期限的可延长性,不仅仅可在预定运行时间结束时提供重要信息。如果在项目规划早期便已知风力发电机组的使用期限可以延长,即可进行充分的财务规划,从而减小由于政策因素所带来的不确定的风险。 

一方面是更多的盈利机会,另一方面是设备故障或损坏的风险,这两方面都是需要考虑的重要方面。 

风力发电机组承受着极高的动力载荷,并且在其使用期限内的载荷循环数比其他结构高得多。施加的载荷通常为可变的,并且较难预测。比如,与桥梁的流量载荷相比,风机载荷则更难预测。因此,切合实际地评估出风机或风电场使用期限的可延长性并非易事。除了现场复杂的环境条件外,还必须考虑很多其他的影响因素。在此以风机设计、技术条件和检修历史记录为例。为了在预计使用期限结束后,仍能继续使其安全运行,必须对其进行全面检查和评估。 

有哪些方法可判断风电机组是否可延长使用? 

延长风机机的使用期限(不论是陆上或海上)是一项复杂的工程任务,必须检查所有承载和安全相关的组件。在评估时,现代化设计实践也同样不容忽视,因为多年来技术创新已发展显著,许多以往难题已经得到了充分的验证和证实。 

过去的经验表明,用于评估某台风机继续运行潜力的数据基础可能截然不同。特定的现场信息、处理各类风机的经验和设计文件的可访问性都是决定信息质量和数量,并影响项目实施方法的重要因素。 

考虑到这一点,DNV GL 开发了多种方法,以便为此类项目提供指导,并为各个风力发电机组和大型风电场的运营商提供合适的解决方案。2016 年 3 月发布的新版 DNV GL 认证标准和实施规范,即“风力发电机组的延寿”,其中对这些方法进行了细致说明和详细解释。 

新的标准及规范是DNV GL基于原有的技术说明“风电机组延寿运行”(该规范于 2009 年引入商业范围,其概念已得到市场广泛认可)的基础之上,基于大量的项目经验及风电场项目的运行数据,由多位DNV GL的行业专家共同起草。其中,更是征求了欧洲许多主机厂、开发商及运营商的需求和意愿。 

新版 DNV GL 标准及规范在考虑到运营商、制造商和能源供应商不同前景和要求的同时,详细描述了如何评估风力发电机组或风电场,使其从而达到延寿的目的。总共开发了四种方法,这四种方法都可以用来判断风机的可延寿性,但是具有不同的细节层次。根据目的可供客户选择,或简单或复杂的方法。表 1 概述了不同方法。

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表 1 – DNV GL 评估风机延寿潜力的方法

“针对延长使用期限进行检查”的方法说明了相关风机是否适合延寿方案。评估包括对所有受载和安全相关的组件进行目视检查,以及对检修和考察记录进行检查,以清楚了解风机的技术条件。重要的是在运行期间报告特殊异常情况,以及必须考虑特定风机的经验数据。“针对延长使用期限进行考察”主要为实践性评估,仅说明了检查时风机的技术条件。因此,评估剩余运行期限并不是该评估方法的对象。

如果需要评估使用期限的可延长性,可采用不同的方法。

简化型方法尤其适合并不能完全获取风机详细记录的项目。评估由分析和实践两部分组成。在分析部分中,重点为原始的设计条件以及现场条件。如果已知这两种条件,便可进行载荷计算,并将其与原始设计条件和现场条件进行比较。如果比较结果表明,当前的现场条件优于原始设计时的条件,则可以计算可能的继续运行期限。可根据适用的标准或载荷检测中的数据计算载荷,以掌握尽可能真实的情况。在这种情况下需要指出的是,必须利用代表最新技术标准的现有设计实践进行计算。分析评估始终与现场检查同时进行(实践部分),现场检查侧重于疲劳相关的问题和对于检修与运行历史的评估。

此外,要从延寿方面考虑以最优方式利用所有部件,需要了解所有的设计文件。考虑该需求的细化型方法对于追求风机更持久应用的原始设备供应商而言,不失为理想的解决方案。该方法不仅包括特别适用于使用期限延长的载荷分析,还包括对受载部件的评估。如果部件的疲劳强度不够,则可以运用其他合适的措施加以配合,以在超出使用期限后安全地操作风机。合适的措施包括:状态检测、更换部件或更为合理的维护、检查计划。细化型方法的一项突出优点为,基于载荷与部件的分析结果,可制定专门的检查和维护计划。通过考虑来自各类风机运行的实践经验数据,可优化检查范围和周期,从而避免不必要的工作,并降低运行成本。该方法的另一项突出优点在于,对特定的风机型号而言,仅需进行一次主要分析评估。评估按照不同类型,基于预先确定的相关环境条件的定义进行。评估结果可轻松地传输至大量在相同条件下运行的风机。

“概率型方法”从上述“细化型方法”中衍生而来。在该方法中也对载荷和部件进行详细评估,但是与细化型方法不同的是,该方法侧重于量化不确定因素和随机评估风机。如果清楚了解了风机的故障类型,则可以用以风险为基础的方法对分析评估进行补充。该方法尤其适用于大型风电场,因为大型风电场中的检查范围更广,不确定因素更复杂。尤其早已在现场条件下测试过原始设计的海上风电场,为取得最佳结构需要要求极高的解决方案。对于此,概率型方法可构成合适的基础。

“简化型方法”和“细化型方法”均量化了继续运行的期限(关于载荷和稳定性的证明)。概率型方法的结果也可以评估使用期限的可延长性,或者为该结构的可靠性确定一段时间,比如 30 年。

新版 DNV GL-ST-0262 标准(“风力发电机组延寿标准”)和相关的认证规范 DNV GL-SE-0263(“风力发电机组认证规范”)可查看 DNV GL可再生能源服务网站。