MOOG-变桨系统可靠性对风机度电发电成本的影响-2016.9-8页

变桨系统可靠性对风机度电发电成本的影响总结

核心内容

本文探讨了变桨系统可靠性对风力发电度电发电成本（LCoE）的影响。变桨系统作为风机的关键部件，其故障率直接影响风机的可用性和运维成本，进而影响整体发电成本。通过穆格公司与DNV GL的合作研究，分析了不同变桨技术的可靠性水平及其对发电成本的影响，提出了优化变桨系统设计以提高可靠性、降低度电成本的策略。

主要观点

• 降低度电发电成本是风电行业发展的关键：随着可再生能源在全球新增发电容量中占据主导地位，提高风能项目的竞争力变得尤为重要。
• 风机可靠性对LCoE有显著影响：运维成本是LCoE的重要组成部分，而变桨系统是导致风机停机的主要原因之一。
• 变桨系统是主要故障点：根据ReliaWind研究，变桨系统故障占风机总停机时间的23%，远高于其他部件。
• 变桨系统可靠性优化潜力巨大：特别是电动机械型（EMA）变桨系统，其可靠性可通过设计优化得到显著提升。
• 穆格变桨系统优化效果显著：经优化的穆格变桨系统设计可使典型3兆瓦风机的度电发电成本降低最高达1.70美元/MWh。

关键信息

风电行业背景

• 过去十年，风能、太阳能和生物质能等可再生能源装机容量快速增长，成为全球新增发电容量的重要组成部分。
• 政府政策支持是推动可再生能源发展的主要因素，但补贴结束和政策变化对行业造成挑战。
• 为了提高竞争力，风能项目需要更高效、更经济的技术解决方案。

变桨系统的重要性

• 变桨系统位于风机轮毂内，是保护风机免受恶劣风况影响的关键安全机制。
• 变桨系统故障占风机总停机时间的23%，是主要故障源之一。
• 液压变桨系统常见故障包括液压油泄漏、污染和旋转接头；电动变桨系统则涉及电机、驱动器和电池等部件。

可靠性对度电成本的影响

• DNV GL的分析表明，变桨系统可靠性对LCoE的影响可达2%，对应20%的风场年度运维成本和4美元/MWh的发电成本。
• 穆格变桨系统优化后，可使度电成本降低1.70美元/MWh，主要源于计划外运维成本的减少。

变桨系统优化方法

• 使用插拔式印刷电路模块：提高电气驱动的整合度和可靠性。
• 采用交流同步电机技术：无刷、无冷却风扇，提高电机可靠性并减少维护需求。
• 使用超级电容替代电池：减少后备电源的故障率和维护频率。
• 模块化设计：便于维护和更换，减少停机时间和成本。
• 可扩展性设计：一套系统可适配多种功率等级的风机，减少重复设计和成本。

技术比较与改进

发电成本分析结果

• 行业传统设计：度电成本为53.31美元/MWh，系统可靠性MTBF为5,769小时，预计20年故障率为30.4次/风机。
• 穆格变桨系统三代：度电成本降低至51.61美元/MWh，系统可靠性MTBF提高至18,743小时，预计20年故障率降至9.4次/风机。
• 成本节约：通过可靠性提升，度电发电成本可降低1.70美元/MWh，年度运营成本减少8.2%。

结论

通过优化变桨系统设计，可以显著提高风机的可靠性，进而降低度电发电成本。穆格公司的新型变桨系统在实际测试中验证了这一结论，表明其在减少故障率和运维成本方面具有巨大潜力，有助于提升风能项目的经济性和竞争力。