旧机改造整体解决方案项目技术应用案例

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旧机改造整体解决方案项目技术应用案例金风科技 GW1S 旧机改造整体解决方案项目技术应用案例，我国风电事业经过近三十年的蓬勃发展，在风电技术和供应链成熟度等方面均取到了长足进度，截止 2020 年底，风电累计装机已超过 280GW。

目录

一、背景

我国风电事业经过近三十年的蓬勃发展，在风电技术和供应链成熟度等方面均取到了长足进度，截止 2020 年底，风电累计装机已超过 280GW。随着国家“双碳”能源战略的逐步落实，未来十年风电将进入规模化、高质量发展新阶段。

根据行业统计叙述，截止 2020 年底，全国单机容量在 1.5MW 以下的风电累计装机超过 1100 万千瓦，多数运行已超过十年以上，并普遍面临故障多发、物资保障困难，风资源潜力未能充分挖潜等问题。如何保障存量机组，尤其是老旧机组运行的安全、高效，充分挖掘电价红利和资源潜力，是风电行业要面对的重要课题。

金风科技 1S 旧机改造整体解决方案应运而生。2021 年 1 月，在世界风电权威媒体 WindpowerMonthly 公布的年度最佳风电机组评选结果中，GW1S 机型斩获最佳陆上风电机组金奖。

二、应用案例

1、项目概述

某风电场安装了 64 台国内某品牌 780kW 机组，该机组为定桨距机组，风机轮毂高度 60 米，近年来因风机厂家倒闭、风机零部件采购困难，运行故障较多，运维成本高，以及逐年降低的风速带来的风能利用降低，对公司的收益造成很多影响。

为进一步提高风电场的盈利水平，拟将场区内的 780kW 机组更换为金风 1S 机组，并保证风场总容量不变。最大限度的利用原有塔架与基础，节约成本，结合机组载荷分析及基础载荷评估，只更换顶段塔筒，一、   二节塔筒复用，风机基础复用，机头更换为 GW82-1.1 机组。金风科技 GW82-1.1 风力发电机组均采用水平轴、三叶片、上风向、变速变桨距调节、直接驱动、外转子永磁同步发电机并网的总体设计方案，直驱、永磁、全功率变流三种技术的系统集成，相辅相成，以电流的快速变化适应风速变化，可有效减轻机组的机械损伤，形成了适应风速脉动变化、适应电网需求、适合大规模集中开发风电项目的风力发电技术，机组技术参数表如下表所示。

与同容量级别机组相比，发电效率高，度电成本低，使用原基础、塔架，风机部分无需征地，实施难度小。直驱机组具备优异的功率调节能力、高低穿能力。机组改造主要部件利旧情况见下表。

工程实施各时间段及内容计划如下，分为六个阶段：

第一阶段采集风电场地理、风资源、设备等详细信息情况；

第二阶段根据实际情况，选择、设计审核机组改造方案等工作；

第三阶段全面核算经济效益，确定成本，决定最终改造方案；

第四阶段设计现场安装图，包括软件编写和硬件设备装配；

第五阶段组织实施阶段，按照预定方案组织华仪风机的改造实施过程；

第六阶段最终安装调试及试运阶段。

2、改造后目标及收益

2.1 改造目标

1） 增加轮毂高度，提高风机捕风能力；

2） 改变翼型，改变叶片长度以提升风能吸收效率；

3） 将定桨距失速调节机组，改为直驱变桨调节机组，满足电网低电压穿越及 AGC 调节，避免限电产生；

4） 通过使用目前市场主流备件替换断货、淘汰备件，减少设备长停时间；

2.2 改造收益

1） 老旧机组改造后，可以降低设备故障发生率，可大幅缩减风电场维护人员工作强度，节省人力运维成本；

2） 老旧机组改造后，使用的均为目前市场主流机型和配件且可替换性强，减少了大部件及其他备件供应不畅带来的停机损失电量；

3） 将老旧定桨距风机改造为变桨机组，可以更好的适应国家电网要求，使机组具备 AGC调节功能，避免了电网限电电量的发生。

4） 在保证项目整体容量不变的情况下，项目投资回收期约为 5 年，经济效益非常可观。目前 GW1S 旧机改造方案已在国内多个项目上实施，运行稳定，发电量普遍提升 50% 以上，经济效益显著，为老旧风电场持续提质增效，实现资产增值注入新活力。

三、 技术要点

GW1S 采用最新直驱永磁技术，有效解决了老旧机组原有齿轮箱漏油、故障率高等问题；容量可量身定制，覆盖 750kW-1.3MW 的柔性功率范围；叶轮系统得益于大叶轮的优势，扫风面积相比原有老旧机组大幅提升；在电网适应性上，弥补了老旧机组不具备电网高低穿越能力的缺憾，电网友好性显著增强；能适应各类环境运行，切入风速可低至 2.5m/s，具有优秀的发电出力性能。1S 机组主要技术特点如下：

1） 发电机效率高，转速范围宽（9～19rpm）；

2） 永磁体外转子，励磁方式结构简单，无励磁损失；减小了传统电励磁的体积，降低了可能发生故障。无需碳刷和滑环，减少了维护量，提高了可利用率；

3） 变桨系统采用齿形带柔性传动，无需润滑，免维护；

4） 变桨系统采用无刷交流电机，电容作为后备电源，寿命长，维护少；

5） 变频装置采用经过验证的成熟技术，谐波分量低；

6） 机舱结构设计充分考虑人机接口，尽可能地方便运行人员检查维修；

7） 针对于深度技改市场，为最大限度复用现有塔架，减少现场工作量，塔底电控系统与箱变整合，采用塔架外布局方案，作为一体化风电并网装置。将电控系统置于低压室，变压器置于变压器室，高压柜置于高压室。针对于微网市场，采取常规电控系统布置方式，即变流柜、变压器、主控柜等均放置在塔底平台；

8） 针对于深度技改市场，尽可能复用第一、第二段塔筒，第三段塔筒根据项目进行定 制化设计；

9） 金风 GW82-1.1 风力发电机组采用全功率变流装置，即永磁发电机对电网没有任何影响，风力发电机组的输出特性表现为电压源特性（变流装置），而与电源（发电 机）无关；

10） 金风 GW82-1.1 风力发电机组基本运行模式为独立于电网电压的恒定功率因数运行模式。

四、应用前景

根据第三方研究报告，中国技改替换市场在 2018 到 2020 年处于缓慢起步阶段，2021-2025 年期间将稳健上升，在 2025 年之后整个市场将急剧上升，其中 2023 年之前中国还是以 1MW 级别的机组技改替换为主。国内目前运行了 10 年以上的老旧风电场容量为超过 1000 万千瓦。各大电力集团也加快了针对存量风场的增功提效改造节奏，以期望进一步提升存量电场的能源利用效率，提高投资收益，降低资产质量安全风险。这意味着 GW1S 旧机改造整体方案具有广阔的市场空间。