2018-变桨系统可靠性对风机度电发电成本的影响_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

变桨系统是风力发电机组中的关键部件，其可靠性直接影响风机的度电发电成本（LCoE）。通过优化变桨系统的设计，可以显著提升风机的运行效率和寿命期成本效益，从而降低整体发电成本。本文通过穆格公司与DNV GL的合作研究，探讨了变桨系统可靠性对风电行业的影响，并分析了不同变桨技术的可靠性与成本表现。

主要观点

• 降低LCoE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，提高风力发电的经济性变得尤为重要。
• 变桨系统是主要故障源：根据ReliaWind项目数据，变桨系统故障占风机总停机时间的23%，是所有部件中占比最高的。
• 可靠性对运维成本影响显著：海上风机的运维成本占寿命期成本的18%~23%，而陆上风机占12%。提高变桨系统可靠性可有效减少停机时间，从而降低运维成本。
• 电动机械型变桨系统（EMA）最具优化潜力：相较于电动液压型（EH）和电动静液型（EHA），EMA在设计优化方面有更大的提升空间。
• 穆格变桨系统优化成果显著：穆格三代变桨系统在可靠性、紧凑性、维护性等方面均有明显改进，测试表明其可靠性提高了50%，可使典型3MW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

• 风能、太阳能等可再生能源在全球新增发电容量中占据主导地位。
• 政府政策、技术进步和成本下降推动了风电行业的快速发展。
• 2015年全球风能装机容量达到433GW，其中63.5GW是在过去一年中新增的。
• 可再生能源成本持续下降，风能需通过技术提升保持竞争力。

度电发电成本模型

• LCoE是衡量风机经济性的关键指标，包括资本支出（CAPEX）、运维成本（OPEX）和年发电量（AEP）。
• DNV GL的模型显示，穆格变桨系统可使典型3MW风机的LCoE降低最高达1.70美元/MWh。

变桨系统故障分析

• 变桨系统是风机的主要故障部件，占停机时间的23%。
• 液压变桨系统常见故障包括液压油泄漏、污染和旋转接头问题。
• 电动变桨系统常见故障涉及电机、驱动器和后备电池。
• 故障率随风机单机容量增加而上升，尤其在2.5MW以上机型中更为明显。

可靠性优化方法

• 插拔式印刷电路模块：替代传统导轨接线，减少部件数量，提升质量控制。
• 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。
• 超级电容替代电池：减少后备电源故障和维护需求。
• 模块化设计：支持快速更换和远程监控，提升维护效率。

技术比较

可靠性与成本分析结果

• 行业传统设计：平均故障率约为0.7次/年/台，度电发电成本为53.31美元/MWh。
• 穆格三代变桨系统：平均故障率降至9.4次/20年，度电发电成本降至51.61美元/MWh，节约1.70美元/MWh。
• 可靠性提升效果：系统可靠性提高50%，运维成本降低约20%，对风机可用率的提升可达2%。

结论

• 优化变桨系统设计是提升风电项目经济性的有效手段。
• EMA技术具有显著的可靠性提升潜力，可有效降低运维成本和度电发电成本。
• 穆格三代变桨系统在实际测试中验证了其优化效果，为风电行业提供了更高效、更可靠的解决方案。

相关数据与模型

• 数据来源：DNV GL基于69个项目、约5.3GW装机容量和400多万个运行日的数据进行分析。
• 模型工具：Turbine.Architect用于成本估算，OMCAM用于运维成本与可用性评估。
• 假设条件：风机为双馈发电机、三级齿轮箱、IEC二类风况，风场配置50台风机，容量系数为0.35。

未来展望

• 随着风电行业对可靠性和成本控制的重视，变桨系统的设计优化将成为提升风机性能的重要方向。
• 采用更先进的技术，如EMA，有助于实现风机的高可用率和低LCoE，从而增强风电项目的经济性和市场竞争力。