老旧风电场技术改造的方案分析

摘要：老旧风电场机型老旧，不能完全匹配风资源发电。依据本工程的特点和实际情况采用了整机改造的方案，采用5台4MW风机机组，叶轮直径156m，轮毂高度110m，通过改造提高风电场发电量，增加了经济收益。每个风电场该技改方案必须结合具体项目具体分析，找到合适的改造方案。摘要：整机改造等容量替换单位电度投资对于国内早期建设风电场，部分风电场老旧机组未能达到当初方案设计的利用小时数，或者生态环境等因素的变化，导致经济性达不到预期的收益。主要原因有：由于早期风机技术的问题，老旧机组机型与风资源不能完美匹配，机组发电潜能没有充分发挥出来；测风数据或早期软件计算误差较大等造成机位布置偏差较大；部分老旧机组运维所需要的备品备件短缺等。随着风电项目资源竞争越来越激烈，合适的风场区域越来越难于寻找，而这些早期建设的风电场拥有该地区最好的风资源及地形条件，成为业主和各投资商寻求风电发展的一个重要方向。为这些早期开发建设的风电场找到合理的技改方案，实施切实有效的风电场改造，可显著提高风电场的经济效益。风电机组叶片改造、塔筒改造、整机改造是风电场技改方案的三种型式。本文以贵州某风电场项目为例，结合本项目的技术特点，找到更加合理的风电场技术改造方案，以此来提高风电场发电量、增加经济收益的目的。项目概况：该风电场位于贵州省东南部，总装机容量为50MW，一期建设完成，安装25台2MW风电机组，建设一座110kV升压站。风电场场区总面积为10km2。风电场2009年开工建设，2010年建成发电。风电场并网至今实际年利用小时数为1995h。由于国家新版生态红线的调整，使得原有10台2MW风电机组无法继续使用，风电场拆除10台2MW风机之后，发电量锐减，项目经营效益直线下降，2019年至2020年连续两年处亏损状态，2021年仅仅“出零米”，项目经营形势异常困难。为贯彻落实集团公司“二次创业”和高质量发展号召，推进2021年风电提质增效三年规划方案落地，结合当前新能源板块风机设备市场技术较为成熟、价格相对较低的市场环境，且项目尚处于享受国家可再生能源补贴电价，当前开展风机规模复装正当其时、十分必要，经济效益明显，可扭转该风电场经营亏损的局面。根据等容量替换的原则，取得国家相关部门同意下文的前提下，本项目选择整机改造方案。在现有风电场区内重新选择新机位，根据风场区域的资源特点，采用5台4MW风电机组，替换拆除的2MW风机机组，在使用最少的机位、充分利用原风电场的运输道路路径的原则下，减少道路、风机平台、风机、电缆等投资，对生态环境的影响降到最低，工期压缩到最短。图一风电场原风机平面布置图因本项目投产时间较早，单机容量小，风机叶轮直径较小，轮毂高度较低，捕风能力较弱，发电量较低，进行“上大压小”技改，拆除老旧机组，安装容量大的国内主流风电机组，可以降低维修成本，同时提升风电场发电量。利用原有的个别机位和新选风机机位。图二风电场新风机平面布置图依据本项目主机厂相关资料及业主前期调研成果，本阶段通过收集地形和交通运输条件、湍流强度等信息，结合各机位点现有的机型特点。本阶段选用5种机型进行计算，各机型特征参数见表一。表一

各比选风电机组主要参数表各机型在风电场实际空气密度下的功率曲线和推力系数曲线，分别见图三和图四。图三各机型功率曲线图图四各机型推理系数曲线图本风电场各风机机型比选方案上网发电量计算成果表见表二。表二

本风电场各比选方案上网电量计算成果表根据前述各机型方案机组参数和总体布置，结合土建设计和施工布置，按当前价格水平，依据国家现行的有关规定、定额、费率标准等以及材料、设备等价格，估算各机型方案工程投资，本风电场工程各布机方案投资估算成果，见表三。表三

风电场工程各机型布置方案工程投资估算成果表风电场工程各机型布置方案技术经济指标汇总见表四。由下表可知，在本风电场工程的各机型比选方案中Myse4.0-156机型经济性最好，经济性优于其他比选机型方案。因此，本阶段推荐采用5台单机容量为4000kW的Myse4.0-156型风力发电机组作为本风电场的代表机型，进行后续的风机布置和发电量估算。表四

风电场工程各机型布机方案技术经济指标汇总表本项目新建5台单机容量为4MW的风电机组，总装机容量为20MW，预计年平均上网电量约4413.5万kWh，利用小时数为2206.75h。本工程静态总投资为13687.2万元，其中资本金占30%，2022年拟投资11000万元、2023年拟投资2687.2万元。项目投资财务内部收益率（所得税后，下同）为13.11%，资本金财务内部收益率为31.63%，投资回收期为6.92年。由于风电场已运行10年，折旧后剩余成本较低，对于本项目进行更换机组，能大幅度提高风电场的发电量，更换风电机组方案在本风电场具有较好的经济性。结论与建议本文以贵州某风电场为例，采用实际风速、发电量等数据，重点从风机整机更换方案进行了技术论证和经济性评估，通过技改约7年即可收回成本，具有较强的盈利能力。需要注意的是，在风电场技改中，除了要考虑成本，更重要的是安全可靠性。不管哪种技术方案，都要进行严格、科学的荷载分析、安全分析等，在提高机组发电量的同时能够确保机组安全平稳运行，不增加机组的安