風(fēng)場(chǎng)要求發(fā)生變化！
—風(fēng)機(jī)的性能與可靠性變得比以往更加重要
研究項(xiàng)目概要
本研究主要以一個(gè)全球性風(fēng)能發(fā)電行業(yè)調(diào)查中參與者的答卷為基礎(chǔ)。研究旨在更好了解風(fēng)機(jī)制造商和運(yùn)營(yíng)商在變槳控制方面的需求。該調(diào)查通過電話進(jìn)行，并得到58個(gè)公司的參與及答復(fù)，其中風(fēng)場(chǎng)運(yùn)營(yíng)商28家，風(fēng)機(jī)制造商21家，其它9家企業(yè)多數(shù)為咨詢公司。同時(shí)也參考了另一個(gè)關(guān)于狀態(tài)監(jiān)控的全球性調(diào)查，作為二級(jí)研究。
執(zhí)行摘要
排除宏觀經(jīng)濟(jì)影響的因素，風(fēng)能源領(lǐng)域共有三種關(guān)鍵的趨勢(shì)將可能會(huì)在中期內(nèi)影響風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)：
越來(lái)越多的新風(fēng)場(chǎng)將位于氣候條件惡劣的偏遠(yuǎn)地方。陸上與海上風(fēng)場(chǎng)都有這種趨勢(shì)。
風(fēng)力發(fā)電量占總供電量的比例將不斷增大，因而要求更準(zhǔn)確的發(fā)電量預(yù)測(cè)以及滿足并網(wǎng)規(guī)范要求。
風(fēng)機(jī)效率將變得更加重要，尤其在成熟市場(chǎng)。
這些趨勢(shì)將在以下幾方面影響風(fēng)機(jī)的技術(shù)規(guī)格和參數(shù)：
風(fēng)機(jī)尺寸不斷增大要求風(fēng)場(chǎng)運(yùn)營(yíng)商增加資金投入，一旦風(fēng)機(jī)發(fā)生故障運(yùn)營(yíng)商的損失也更大。
因此，風(fēng)場(chǎng)營(yíng)運(yùn)商最關(guān)注的焦點(diǎn)將是風(fēng)機(jī)的可靠性。
風(fēng)機(jī)尺寸增大、海上安裝以及偏遠(yuǎn)荒蕪的地點(diǎn)可能將增加對(duì)狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)的使用。
隨著風(fēng)機(jī)尺寸不斷增大，變槳控制系統(tǒng)的重要性可能也將增大，因?yàn)樗鼈冊(cè)跐M足并網(wǎng)規(guī)范要求、提高風(fēng)機(jī)效率、以及載荷控制方面起著一定的作用。鑒于相同的原因，對(duì)獨(dú)立變槳控制技術(shù)的采用也可能增多。
在應(yīng)對(duì)這些問題的同時(shí)保持快速的增長(zhǎng)將是巨大的挑戰(zhàn)。風(fēng)機(jī)制造商需要與關(guān)鍵的系統(tǒng)供應(yīng)商建立起互惠互利的關(guān)系以提高效績(jī)，擴(kuò)大產(chǎn)能，同時(shí)擴(kuò)大覆蓋的地域范圍。
將影響未來(lái)風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)的三個(gè)主要趨勢(shì)
1） 新風(fēng)場(chǎng)多位于氣候條件惡劣的偏遠(yuǎn)地方
隨著風(fēng)能日益重要，越來(lái)越多的新風(fēng)場(chǎng)將位于環(huán)境條件惡劣且交通不便的偏遠(yuǎn)地區(qū)。
上風(fēng)電尤其構(gòu)成艱巨挑戰(zhàn)
海上風(fēng)場(chǎng)尤其如此。海上風(fēng)力發(fā)電能力將增長(zhǎng)迅速，2010年至2014年之間全球預(yù)計(jì)將安裝的新發(fā)電能力將達(dá)13,500 兆瓦。當(dāng)前的海上風(fēng)機(jī)已經(jīng)能夠應(yīng)對(duì)強(qiáng)風(fēng)條件和高達(dá)一米以上海浪的挑戰(zhàn)。
隨著海上風(fēng)場(chǎng)的數(shù)量不斷增加，其位置將極有可能處于距離海岸越來(lái)越遠(yuǎn)的遠(yuǎn)海地區(qū)。以英國(guó)為例，2005年至2009 年開工項(xiàng)目風(fēng)機(jī)所在地點(diǎn)的平均最大水深為15.6米，而2010年至2014年間開工項(xiàng)目風(fēng)機(jī)所在地點(diǎn)的平均最大水深預(yù)計(jì)將增加到27.1米。同樣，離岸距離預(yù)計(jì)也將從9.1公里增加到19.8公里。
陸上風(fēng)場(chǎng)所在位置也日具挑戰(zhàn)性
陸上風(fēng)場(chǎng)也有此趨勢(shì)，即越來(lái)越多的新風(fēng)場(chǎng)位于氣候條件差的偏遠(yuǎn)地區(qū)。以中國(guó)為例，中國(guó)已經(jīng)宣布到2020年準(zhǔn)備興建七個(gè)風(fēng)力發(fā)電基地，每個(gè)基地的發(fā)電能力均達(dá)10千兆瓦以上。其中兩個(gè)基地位于內(nèi)蒙古的東部和西部。內(nèi)蒙古氣候惡劣，冬季時(shí)間長(zhǎng)，溫度會(huì)降至零下23°C，且常爆發(fā)大風(fēng)雪。而在短暫的夏季，則時(shí)常出現(xiàn)沙塵暴 。
2）風(fēng)能發(fā)電量將占總供電量的一大部分
總供電量中風(fēng)能發(fā)電量份額增長(zhǎng)，尤其在歐洲
國(guó)際能源機(jī)構(gòu)（IEA）在其基準(zhǔn)情景中預(yù)期，假定能源政策不發(fā)生重大變化，則風(fēng)能在全球發(fā)電總量中所占的比重將從2007年的0.9%上升到2020年的3.7%，到2030年則會(huì)達(dá)到4.5%。根據(jù)其450情景假定各國(guó)積極配合控制溫室氣體排放量，則風(fēng)能所占比重到2020年將提高到5.1%，到2030年將達(dá)到9.3%。而歐洲風(fēng)能所占比重將比世界平均值高出很多。IEA在其基準(zhǔn)情景中預(yù)計(jì)，到2030年風(fēng)能比例將提高到14.6%，而在其450情境中則預(yù)計(jì)歐盟范圍內(nèi)的風(fēng)能比重將升至20.1%。而且丹麥和西班牙的比重可能還高于此比例。
風(fēng)場(chǎng)規(guī)模增大
風(fēng)場(chǎng)規(guī)模也相應(yīng)增大，50兆瓦以上規(guī)模的風(fēng)場(chǎng)已經(jīng)變得司空見慣，中國(guó)、美國(guó)和海上風(fēng)電尤為如此。此外，在一個(gè)區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)風(fēng)場(chǎng)群的現(xiàn)象也將更加普遍（如在中國(guó)）。隨著風(fēng)場(chǎng)規(guī)模的增大，其對(duì)當(dāng)?shù)氐挠绊懥σ蚕鄳?yīng)提高，因?yàn)樗鼈冊(cè)谠搮^(qū)域內(nèi)的總發(fā)電量的比例也隨之增大。
風(fēng)機(jī)尺寸越來(lái)越大
預(yù)計(jì)風(fēng)機(jī)的尺寸也將進(jìn)一步增大。2009年風(fēng)機(jī)平均尺寸增加到1,599千瓦。這一數(shù)據(jù)可能還將進(jìn)一步增大，因?yàn)樵谛碌牡攸c(diǎn)安裝的都是更大型的風(fēng)機(jī)，而且歐洲的現(xiàn)有風(fēng)機(jī)也正在由新的型號(hào)所取代。
歐洲的成熟市場(chǎng)如丹麥、西班牙和德國(guó)對(duì)原有老舊的較小型風(fēng)機(jī)進(jìn)行增容改造以提高優(yōu)質(zhì)風(fēng)場(chǎng)的發(fā)電量，這將加強(qiáng)此趨勢(shì)的發(fā)展。參與調(diào)查的作答者普遍同意，風(fēng)機(jī)的增容改造將在歐洲變得日益重要。
“有些風(fēng)場(chǎng)幾乎已經(jīng)運(yùn)作了10年，因此我們?cè)诮酉聛?lái)的10年內(nèi)將看到其中很多開展增容改造工作。丹麥和德國(guó)目前已經(jīng)開始了小規(guī)模改造項(xiàng)目。”（歐洲風(fēng)機(jī)制造商）
“在歐洲，土地有限，而且很多發(fā)電廠已經(jīng)老舊，因而不得不被取代（美國(guó)風(fēng)機(jī)制造商）
準(zhǔn)確的發(fā)電量預(yù)測(cè)以及滿足并網(wǎng)規(guī)范要求重要將日益突顯
體排放量，則風(fēng)能所占比重到2020年將提高到5.1%，到2030年將達(dá)到9.3%。而歐洲風(fēng)能所占比重將比世界平均值高出很多。IEA在其基準(zhǔn)情景中預(yù)計(jì)，到2030年風(fēng)能比例將提高到14.6%，而在其450情境中則預(yù)計(jì)歐盟范圍內(nèi)的風(fēng)能比重將升至20.1%。而且丹麥和西班牙的比重可能還高于此比例。準(zhǔn)確的發(fā)電量預(yù)測(cè)以及滿足并網(wǎng)規(guī)范要求重要將日益突顯隨著風(fēng)力發(fā)電量在總發(fā)電量中所占份額越來(lái)越高，將要求進(jìn)行準(zhǔn)確的發(fā)電量預(yù)測(cè)以使系統(tǒng)營(yíng)運(yùn)商能夠有效規(guī)劃其它發(fā)電資源的操作。這一要求在風(fēng)能裝機(jī)容量份額達(dá)到5% 時(shí)會(huì)變得更加重要，而份額達(dá)到10%時(shí)則會(huì)變得不可或缺。當(dāng)風(fēng)能份額日益增大時(shí)，滿足并網(wǎng)規(guī)范要求的重要性也日益凸顯。關(guān)鍵領(lǐng)域包括：
容差：這要求風(fēng)場(chǎng)在最大和最低電壓限制之間運(yùn)行。
無(wú)功功率控制：一個(gè)風(fēng)場(chǎng)可能被要求在發(fā)電時(shí)以固定的功率因數(shù)運(yùn)行，或者調(diào)節(jié)其反應(yīng)式功率消耗量或發(fā)電量，以將電壓控制在設(shè)定點(diǎn)。
有功功率控制：這通常要求將一個(gè)風(fēng)場(chǎng)或風(fēng)場(chǎng)群的總發(fā)電量保持在一定水平以下。風(fēng)場(chǎng)也可能需要控制斜率或輸出功率升高率。有時(shí)還要求進(jìn)行頻率控制，即在頻率較低時(shí)增加輸出，在頻率較高時(shí)減小輸出。
3）更多焦點(diǎn)集中于改進(jìn)成熟市場(chǎng)內(nèi)的風(fēng)機(jī)效率
與2003年的23% 相比，2008年最大15個(gè)風(fēng)場(chǎng)運(yùn)營(yíng)商的風(fēng)力發(fā)電量占總風(fēng)力發(fā)電量的35%。而其中的9個(gè)是公用事業(yè)公司。由于公用事業(yè)公司的現(xiàn)金充足，而且不像開發(fā)商那樣面對(duì)財(cái)政限制，其風(fēng)力發(fā)電量的份額將繼續(xù)增長(zhǎng)。
公用事業(yè)公司發(fā)揮的作用不斷增加，使得其將更多焦點(diǎn)集中在改進(jìn)風(fēng)機(jī)效率上。他們將需要更加可靠的解決方案，并將焦點(diǎn)集中在風(fēng)機(jī)效率、正常運(yùn)行時(shí)間以及成本管理等方面。
參與調(diào)查的作答者普遍同意，營(yíng)運(yùn)商正在擴(kuò)大風(fēng)力發(fā)電的規(guī)模，因而需要更高級(jí)別的操作效率。
“大的能源供應(yīng)商將成為主要的風(fēng)場(chǎng)營(yíng)運(yùn)商。這也意味著對(duì)質(zhì)量和效率的要求將更加嚴(yán)苛�！保W洲咨詢公司）
“經(jīng)營(yíng)的大電廠越多，他們?cè)疥P(guān)注發(fā)電效率問題�！保W洲風(fēng)機(jī)制造商）
影響 – 可靠性、狀態(tài)監(jiān)控和變槳控制將變得更加重要
這些趨勢(shì)可能會(huì)改變風(fēng)場(chǎng)運(yùn)營(yíng)商管理和考核效績(jī)時(shí)所考量的因素，進(jìn)而影響其采購(gòu)風(fēng)機(jī)時(shí)所看重的性能屬性。
A-可靠性將越來(lái)越重要
可靠性將成為采購(gòu)決策中一個(gè)重要的影響因素
參與調(diào)查的作答者普遍同意，可靠性已經(jīng)成為越來(lái)越重要的影響營(yíng)運(yùn)商采購(gòu)決策的因素。
“運(yùn)營(yíng)商希望獲得更大的產(chǎn)能，因而風(fēng)機(jī)系統(tǒng)有向更大規(guī)格發(fā)展的趨勢(shì)。不過，系統(tǒng)越大（因而產(chǎn)能越高），當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)所蒙受的損失也越大。換句話說(shuō)，可靠性和正常運(yùn)行時(shí)間極為重要�！保W洲咨詢公司）
“技術(shù)可用性更加重要，即使（風(fēng)機(jī)的）價(jià)格更高也在所不惜。我們的合約保證技術(shù)可用性和實(shí)際的性能。如果未達(dá)到這些要求，我們提供補(bǔ)救整改和/或賠償�！保绹�(guó)風(fēng)機(jī)制造商） “它（可靠性）變得更加重要。發(fā)電廠已經(jīng)改進(jìn)，可用性得到提高，因而，營(yíng)運(yùn)商的期望也相應(yīng)提高�！保W洲風(fēng)機(jī)制造商） 
對(duì)于海上風(fēng)場(chǎng)，可靠性尤為重要
在參與調(diào)查的作答者看來(lái)，可靠性對(duì)海上風(fēng)機(jī)尤為重要，因?yàn)橐坏┌l(fā)生故障，這些地點(diǎn)較難接近，而且花費(fèi)高昂�！拔覀冎饕�(jīng)營(yíng)海上風(fēng)場(chǎng)，那里可靠性極其重要。與陸上風(fēng)場(chǎng)相比，海上風(fēng)場(chǎng)更難接近，因而使停機(jī)時(shí)間及更換維修成為比實(shí)際備件的成本更關(guān)鍵的考慮因素。”（歐洲風(fēng)場(chǎng)運(yùn)營(yíng)商）
“海上系統(tǒng)需要更具抵抗力（防腐），并配備可靠的備用系統(tǒng)，以打造100%正常運(yùn)行/發(fā)電輸送的無(wú)故障系統(tǒng)。同樣，因?yàn)閺奈锪鞅Ｕ辖嵌葋?lái)說(shuō)，海上系統(tǒng)的維護(hù)和修理更加困難�！保W洲風(fēng)場(chǎng)運(yùn)營(yíng)商）
B-狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)將變得更加普遍
于以下若干原因，通常用來(lái)對(duì)齒輪箱、軸承和發(fā)電機(jī)進(jìn)行監(jiān)視的狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)將極有可能在未來(lái)被廣泛采用。首先，風(fēng)機(jī)尺寸不斷增大使?fàn)I運(yùn)商在一旦發(fā)生故障時(shí)蒙受巨大的損失并支付昂貴的修理費(fèi)用。營(yíng)運(yùn)商因此更愿意投資監(jiān)控系統(tǒng)以便在早期就能檢測(cè)到任何潛在的問題，進(jìn)行預(yù)防性維護(hù)，從而最大程度減少停機(jī)意外的發(fā)生。
“其它一個(gè)重要的因素是風(fēng)機(jī)的尺寸。如果我擁有一臺(tái)價(jià)格二百萬(wàn)美元的機(jī)器，而齒輪箱就花費(fèi)五十萬(wàn)美元，那么我一定想使用狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)�！保绹�(guó)風(fēng)場(chǎng)運(yùn)營(yíng)商）
其次，運(yùn)營(yíng)商認(rèn)為，狀態(tài)監(jiān)控對(duì)海上風(fēng)機(jī)比對(duì)陸上風(fēng)機(jī)更為重要，因?yàn)楹Ｉ巷L(fēng)機(jī)不易接近且維護(hù)成本高。因而海上風(fēng)場(chǎng)的增加勢(shì)必將帶動(dòng)狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)的增長(zhǎng)。
“其主要目標(biāo)是盡可能將平均故障間隔時(shí)間保持在最低，尤其是海上風(fēng)機(jī)，因?yàn)楹Ｉ巷L(fēng)機(jī)的維護(hù)需要花費(fèi)更高費(fèi)用并承受更大風(fēng)險(xiǎn)。因此，狀態(tài)監(jiān)控至關(guān)重要，尤其是不易接近的海上風(fēng)場(chǎng)�！保W洲風(fēng)場(chǎng)運(yùn)營(yíng)商）
第三，運(yùn)營(yíng)商們認(rèn)為位于惡劣環(huán)境條件下的風(fēng)機(jī)更需要狀態(tài)監(jiān)控。如我們前面所看到的，位于此等地點(diǎn)的風(fēng)機(jī)數(shù)量可能隨著時(shí)間的發(fā)展而不斷增加。
“如果風(fēng)機(jī)位于風(fēng)速極強(qiáng)的環(huán)境中，其發(fā)生故障的幾率較高，因此我們會(huì)在強(qiáng)風(fēng)風(fēng)場(chǎng)安裝狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)�！保W洲風(fēng)場(chǎng)運(yùn)營(yíng)商）
第四，保險(xiǎn)公司越來(lái)越多地要求為海上風(fēng)機(jī)安裝狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，而且對(duì)于安裝此系統(tǒng)的陸上風(fēng)機(jī)可能會(huì)提供較優(yōu)惠的條款。
“保險(xiǎn)公司在過去的兩到三年里已經(jīng)開始詢問狀態(tài)監(jiān)控并更多要求健康監(jiān)控，尤其針對(duì)海上機(jī)。”（美國(guó)風(fēng)機(jī)制造商）
最后，大型公用事業(yè)公司更加愿意投資狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，因?yàn)樗麄冊(cè)谄渌l(fā)電形式中已經(jīng)采用此類系統(tǒng)并清楚了解該種系統(tǒng)所提供的價(jià)值。
C-變槳控制系統(tǒng)也將日益重要
可能更加關(guān)注變槳控制系統(tǒng)
如前所述，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)能力以及符合并網(wǎng)規(guī)范要求的能力將隨著風(fēng)能發(fā)電量在總發(fā)電量中份額的不斷增大而日益重要。其中的一些要求可通過改變風(fēng)場(chǎng)輸出來(lái)滿足，而如果風(fēng)場(chǎng)使用變槳控制風(fēng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)此目的則相對(duì)容易一些。隨著這些要求變得日益嚴(yán)格，改進(jìn)的變槳控制系統(tǒng)在滿足這些要求方面所起的作用可能將會(huì)不斷增大。
對(duì)改善成熟市場(chǎng)中風(fēng)機(jī)效率的日益關(guān)注也可能刺激對(duì)變槳系統(tǒng)的興趣，因?yàn)檫@些系統(tǒng)可通過減小摩擦和/或更好利用風(fēng)能幫助改善風(fēng)機(jī)操作。
此外，風(fēng)機(jī)尺寸的增大也將會(huì)提高變槳系統(tǒng)的重要性，因?yàn)樽儤刂葡到y(tǒng)可有效管理載荷，從而減少對(duì)元器件的磨損，同時(shí)最大程度縮短停機(jī)時(shí)間，并延長(zhǎng)使用壽命。
也可能更多地采用獨(dú)立變槳控制（IPC）技術(shù)
獨(dú)立變槳控制可實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)每個(gè)葉片的槳距以優(yōu)化葉輪載荷，因而也可能在將來(lái)得到更廣泛采用。參與調(diào)查的作答者都對(duì)此項(xiàng)新技術(shù)表示了濃厚的興趣。
“對(duì)IPC技術(shù)的采用將會(huì)顯著增長(zhǎng)，尤其是在超大型風(fēng)機(jī)中，因?yàn)闃~尺寸越大，槳葉和塔架上的負(fù)荷越高。IPC允許對(duì)主軸上的負(fù)載更好地控制�！保W洲咨詢公司）
“對(duì)風(fēng)力條件的更精確反應(yīng)將提高風(fēng)機(jī)的使用壽命和收入，因此值得投資�！保ㄈ毡撅L(fēng)場(chǎng)）
結(jié)論
風(fēng)機(jī)制造商須以經(jīng)濟(jì)高效的方式應(yīng)對(duì)風(fēng)場(chǎng)營(yíng)運(yùn)商不斷變化的需求，從而保持在這個(gè)以雙位數(shù)增長(zhǎng)市場(chǎng)中的競(jìng)爭(zhēng)力。
風(fēng)機(jī)制造商須應(yīng)對(duì)的主要課題包括：
尋找可經(jīng)濟(jì)高效地滿足對(duì)更高可靠性需求的解決方案。
變槳控制是需要更多關(guān)注的關(guān)鍵系統(tǒng)。
滿足對(duì)狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)日益增長(zhǎng)的需求。
協(xié)助風(fēng)場(chǎng)運(yùn)營(yíng)商滿足日益嚴(yán)格的并網(wǎng)規(guī)范要求。
有效應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)的同時(shí)滿足客戶的期望，這項(xiàng)任務(wù)極其艱巨，而且風(fēng)機(jī)制造商也不可能憑一己之力獨(dú)自來(lái)完成。與深入了解這些要求的關(guān)鍵的子系統(tǒng)供應(yīng)商建立互惠互利的合作關(guān)系將會(huì)是取得成功的一個(gè)關(guān)鍵因素。
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