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风电机组改造进行时 低电压穿越限令只是开始

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摘要:风电机组改造进行时 低电压穿越限令只是开始
最近的酒泉很热闹,甚至不亚于三年前招投标时的火爆。只是这一次的重点是针对风电机组低电压穿越能力的改造。

金风科技并网技术部工程师黄远彦从今年4月份就开始忙碌,着手为在运行风电机组的低电压穿越进行升级。因为国家能源局给的任务是,一年内必须改造完毕。金风却在盘算能否压缩下时间,尽量争取在旺风季到来之前,完成相关升级工作。并承诺“针对在运行的所有直驱永磁机组,将在年底前完成最新低电压穿越升级改造,且相关成本均由金风科技承担”。

如此为客户着想的并非金风一家,华锐、东汽、湘电、NORDEX(恩德)、VESTAS(维斯塔斯)等企业都表示已经启动了低电压穿越的改造工程。因发生几次风机脱网而备受关注的甘肃酒泉风电基地更是成为这些工程队们扎堆的地方。

“截止2011年6月底,辖区已经完成近千台风机的改造,占总台数的48.24%。由于各风机企业在本地安装数量不同,其中金风已经完成128台,华锐完成472台,东汽完成267台。按照进度,金风和华锐的机组会在年前完成改造,东汽7月底基本完成改造。”国网西北分部副主任左玉玺表示,这个进度已经很乐观了。

但是,事情并没这么简单,“国内有些机组根本无法改造,别说硬件没有设计,就连放置硬件的空间都没有预留,而且这种机组并非少见。”艾默生网络能源有限公司大中华区风能产业线副总裁崔益彬对《能源》杂志记者抱怨道。

整改风刮向全国

这次整风是从酒泉刮起的。几个月之前,包括酒泉在内的很多风场短时间内出现了多次风机脱网事故,这在很大程度上刺激了主管部门的神经。

王玉玲,国家电力调度通信中心总工程师,她和她的团队统计出了一组权威的数据:截至今年6月底,国家电网系统内风电并网达到3721万千瓦,同比增长70.3%。三北地区占比最高,10万千伏以上的大中型风电场达166所,占比74.8%,总容量高于西班牙等风电发达国家。仅今年上半年,全系统风机脱网35次,脱网风机3848台/次。大型事故6次。其中西北4.25事故损失153.65万千瓦,脱网机组达1278台。

王玉玲解释说,风机控制系统涉网保护定值与风机故障穿越能力不匹配是导致脱网的原因之一。设备故障引起事故占60%。3848台风机中,其中57.8%是由于不具备低电压穿越,26.6%由于不具备高电压穿越。

国家电网公司的观点是,针对低电压穿越能力缺失的机组,要求风电场在0.9-1.1倍额定电压范围内,风电机组能正常连续运行。现在的问题是,相当多的机组在1.1倍额定电压100毫秒内就脱网了,不具备这个能力的要在规定时间内整改完成。还要具备必要的高电压穿越能力。他们的理由是,在风电发展比较发达的国家对超过1.1倍电压有要求,最严格的是1.3倍要运行60毫秒。

电网的故障原本是不可避免的。缘何这次把低电压穿越问题摆在如此重要位置?

NORDEX电气部主任吴楠的话简洁明了,“如果风机没有低电压穿越功能,一旦电网有个小的故障,风机就会出于自我保护自动断开,会把电网的这个故障扩大化,当有了低电压穿越功能后,可以保证故障不会由于风机的原因被扩大化。风机作为主力电源后,这个问题将会凸显,不得不解决。”

这正如中国电科院新能源所所长王伟胜所说,很多人认为脱机事故中把低电压穿越的问题扩大化了,其实这种看法是错误的,由于缺乏低电压穿越引起的后续问题将更为棘手。

当各方都体会到了问题的严重之后,面对这场整改风也就显得坦然了很多。

必须指出的一点是,这次规定的是1兆瓦以上的风机必须整改,而对于国内运行时间较长的“750”、“850”型号的风机而言则没有硬性规定。

那么,这部分风机该如何改造,费用该由谁支付?

金风近些年先后推出的两个机型是齿轮箱机组“750千瓦”和直驱永磁机组“1.5兆瓦”,目前,金风750千瓦机组基本停止生产,所有机型都转向兆瓦级直驱永磁机组。对于直驱永磁机组,金风科技总工程师崔新维坦言,在下线时硬件已经考虑在内,只是软件部分的改造,每台2个小时就能改造完;而对于齿轮箱机组“750千瓦”的机型则需要费点功夫,不仅仅是软件,硬件部分也要进行改造,由于这部分机组售出时,市场并未提及低电压穿越功能,所以针对这部分机组的改造,金风科技称已做好方案供业主选择采用。

的确如此。国电联合动力风电设备技术研究所所长秦明表示,合同明确的风场,这笔改造费用由设备制造商承担,是合理的。但对于前几年投运的、合同里又没有明确要求的,由设备制造商来承担却有点不合适,因为风电低电压穿越功能是一个新技术,过去政策和用户都没有提出类似要求。

“一旦新国标出台,之后新生产的风机就必须具备低电压穿越功能,而这部分成本就要风机企业来消纳了。不过,金风科技新出产的所有机组都将自带最新版低电压穿越功能。”崔新维说。

这也使得这场全国风机大整改不仅仅是风机制造企业一方忙碌,而是从风电场到电网,再到风机企业全部参与进来。电网对风电场发出了最后传票,不改造不能并网,风电场只能埋单与风机企业共同完成改造。

“华能酒泉30万千瓦的风场已经完成改造,正在等待检测。我们也呼吁电科院加快检测,不要造成资源浪费。”华能集团规划发展部副部长张少鸿已经不止一次地谈改造话题了,但是,整改完的风场排队等待检测已经成为不争的事实。而我国的检测部门只有电科院一家,面对如此多的风电场也是心有余而力不足。于是,全国整改排队检测成为风电企业的一个新话题。

改造难题派生新市场

理顺了谁承担改造成本的问题,剩下的难题就是改造技术了。

吴楠认为,低电压穿越是一个很成熟的技术,在欧洲已经运行很多年,NORDEX也推行了几年,并作为一个选件放在中国客户的报价单里,业主自由选择,即使当时没有选,后期也可以再买,一两天就能完成改造。“我不认为这是一个新的技术,只是在中国这两年才开始提倡而已。”

金风科技公共事务总监姚雨也一再声明,两年前,当听到某些电网发生问题时,金风的风机已经表现出低电压穿越的功能特性,这是因为直驱永磁采用的是永磁电机和全功率变流器,从技术路线上就有支持低电压穿越,而不是说2010年经过测评才能具备这个功能。

“对我们而言,不管是1.5兆瓦风机的软件改造,还是750千瓦风机的软硬件改造,只要有需求都可以完成。”

但是,并非所有的风机都可以像NORDEX和VESTAS一样提前规划在内,也并非所有的风机都像金风、湘电一样声称自己的风机都能做改造。

“有些风机确实是无法改造的,不但没有把硬件模块设计进去,连安装硬件所用的空间都没有预留。风机的寿命是20年,这些都该早做考虑,而国内有些企业只考虑3年,3年后拿钱走人,这是不负责任的,也是一批风机企业宣布破产的原因所在。那么这些风机怎么办?”崔益彬反问。

这批风机能不能由现有的风机制造企业来做改造?VESTAS的销售人员听到这个问题一直在摇头,“这不是加个模块就完成的事情,是在当初设计风机时就把低电压穿越的理念放了进去,是与整个风机一脉相承的。”

NORDEX的吴楠也表示否定,他说:“各家有各家的设计,技术路线都是不同的,不能用在其他风机上。我们的风机一般改造成本在30万元左右,我认为国内的风机企业不会低于这个成本。”

的确,国内的风机制造企业几十家,每家的技术路线不一样,有双馈,有直驱,相同技术路线下又有不同的机型,改造成本肯定不一样。

那部分没有整机商愿意去改造的风机怎么办?一个新兴的市场由此萌生。正如金风科技战略及全球发展总监周彤所言,台湾、日本、美国的一些公司纷纷提出专为风机做低电压穿越改造,报价在三四十万到八九十万元不等。

据了解,截至2010年底,我国风电累计装机容量达到4200万千瓦,已安装风电机组数量超过两万台,绝大部分在2008年至2010年间投产,多数已安装风机并不具备低电压穿越能力。如果按照50万元每台的改造费用计算,国内风电企业和设备商为风机改造所支付的费用将超过百亿元。

但是,这些新冒出来的改造企业们是否对所有机型通吃?还是有人提出了质疑,李胜茂提出,“他们的做法都是统一加一个大模块,而这个大模块中很多东西是没必要的,是一种浪费,而且不实用,因为每台风机的结构不同,不是按照设计理念,而是人为地增加一个模块,效果很难说。”

低电压穿越限令只是开始

“新的国标很快就会出台,我们预测这个新国标会更加严格,而且低电压穿越只是个开始。”崔益彬说,他所领导的艾默生风机变流器团队预测,未来两三年内,中国对风机和关键部件的要求也不是现在所提的这些,会更严格,一定会继续加强对电路的无功等波动快速响应的要求,“所以,我们跟NORDEX的测试中已经完成了一些国内还没颁布的要求,是按照西班牙标准做的,这也是欧洲一个比较先进的标准。”

或许,低电压穿越的规定只是一个开始。随着中国风电在电源结构中的比重日益增加,为了维持电网的稳定性,一些新的要求也会出台。

比如,对于风电场功率预测预报机制已经开始着手,据悉,国家能源局下发了相关文件。《能源》杂志记者从这份管理暂行办法中发现,对所有已并网运行的风电场要求2012年1月1日前建立起风电预测预报体系和发电计划申报工作机制并开始试运行,按照要求报送风电功率预测预报结果,未建立的不得并网运行。

并且规定,从2012年7月1日起正式运行风电场预测预报系统。

短短4页的文件,清晰地注明了各种严格要求,比如,风电功率预报分日预报和实时预报两种方式,实时预报则要求时间分辨率为15分钟,也就是说24小时内有96个时间节点。这就对准确率有了更严格的控制,按规定实施预测误差不能超过15%。

种种迹象表明,对于风电行业的管理,势必将日益严格。闻到气味的各风电开发商和风机企业们已然在着手应对。

2009年,中国电科院在张北做了一块试验田,号称是“世界最先进风电研究和试验中心”。据悉,项目主要包括风电技术研究能力建设、移动式检测能力建设和风电试验基地建设。仅第一项就包括风电仿真研究、风电试验数据库及数据处理、风能资源和风电预测研究等诸多内容。

NORDEX风电公司工程总监倪忠仁回忆说,张北基地的第一台风机出自他的手,是一台1.5兆瓦的S77型号的风机,而且是按照电科院的要求定制的,加入了当时最为先进的低电压穿越等模块。

倪忠仁笑言:“这台风机是赔钱卖的。不过电科院是回头客,又买了我们一台2.5兆瓦的N90。当时我们还在反问中国对低电压的要求会这么快吗?中国相关部门称得三年以后。欧洲的要求也是近几年的事情,欧洲的第一份并网要求发布于2000年,可是没想到,不到三年已经从摸索阶段到了相对成熟的阶段。所以,要求势必会越来越高。”

两三年来,一些走出去的国内企业也感觉到了压力,黄远彦就表示,不是拥有了低电压穿越能力就可以满足的,技术必须保持不断升级,日前,金风在新疆哈密通过了德国劳氏船级社(GL)的零电压穿越现场试验,并且能够向电网提供无功,“从低电压到零电压只是第一步,我们的机组必须比国标更严格”。
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