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舊機改造整體解決方案項目技術應用案例金風科技 GW1S 舊機改造整體解決方案項目技術應用案例，我國風電事業經過近三十年的蓬勃發展，在風電技術和供應鏈成熟度等方面均取到了長足進度，截止 2020 年底，風電累計裝機已超過 280GW。

一、背景

我國風電事業經過近三十年的蓬勃發展，在風電技術和供應鏈成熟度等方面均取到了長足進度，截止 2020 年底，風電累計裝機已超過 280GW。隨着國家「雙碳」能源戰略的逐步落實，未來十年風電將進入規模化、高質量發展新階段。

根據行業統計敘述，截止 2020 年底，全國單機容量在 1.5MW 以下的風電累計裝機超過 1100 萬千瓦，多數運行已超過十年以上，並普遍面臨故障多發、物資保障困難，風資源潛力未能充分挖潛等問題。如何保障存量機組，尤其是老舊機組運行的安全、高效，充分挖掘電價紅利和資源潛力，是風電行業要面對的重要課題。

金風科技 1S 舊機改造整體解決方案應運而生。2021 年 1 月，在世界風電權威媒體 WindpowerMonthly 公布的年度最佳風電機組評選結果中，GW1S 機型斬獲最佳陸上風電機組金獎。

二、應用案例

1、項目概述

某風電場安裝了 64 台國內某品牌 780kW 機組，該機組為定槳距機組，風機輪轂高度 60 米，近年來因風機廠家倒閉、風機零部件採購困難，運行故障較多，運維成本高，以及逐年降低的風速帶來的風能利用降低，對公司的收益造成很多影響。

為進一步提高風電場的盈利水平，擬將場區內的 780kW 機組更換為金風 1S 機組，並保證風場總容量不變。最大限度的利用原有塔架與基礎，節約成本，結合機組載荷分析及基礎載荷評估，只更換頂段塔筒，一、   二節塔筒復用，風機基礎復用，機頭更換為 GW82-1.1 機組。金風科技 GW82-1.1 風力發電機組均採用水平軸、三葉片、上風向、變速變槳距調節、直接驅動、外轉子永磁同步發電機併網的總體設計方案，直驅、永磁、全功率變流三種技術的系統集成，相輔相成，以電流的快速變化適應風速變化，可有效減輕機組的機械損傷，形成了適應風速脈動變化、適應電網需求、適合大規模集中開發風電項目的風力發電技術，機組技術參數表如下表所示。

與同容量級別機組相比，發電效率高，度電成本低，使用原基礎、塔架，風機部分無需征地，實施難度小。直驅機組具備優異的功率調節能力、高低穿能力。機組改造主要部件利舊情況見下表。

工程實施各時間段及內容計劃如下，分為六個階段：

第一階段採集風電場地理、風資源、設備等詳細信息情況；

第二階段根據實際情況，選擇、設計審核機組改造方案等工作；

第三階段全面核算經濟效益，確定成本，決定最終改造方案；

第四階段設計現場安裝圖，包括軟件編寫和硬件設備裝配；

第五階段組織實施階段，按照預定方案組織華儀風機的改造實施過程；

第六階段最終安裝調試及試運階段。

2、改造後目標及收益

2.1 改造目標

1） 增加輪轂高度，提高風機捕風能力；

2） 改變翼型，改變葉片長度以提升風能吸收效率；

3） 將定槳距失速調節機組，改為直驅變槳調節機組，滿足電網低電壓穿越及 AGC 調節，避免限電產生；

4） 通過使用目前市場主流備件替換斷貨、淘汰備件，減少設備長停時間；

2.2 改造收益

1） 老舊機組改造後，可以降低設備故障發生率，可大幅縮減風電場維護人員工作強度，節省人力運維成本；

2） 老舊機組改造後，使用的均為目前市場主流機型和配件且可替換性強，減少了大部件及其他備件供應不暢帶來的停機損失電量；

3） 將老舊定槳距風機改造為變槳機組，可以更好的適應國家電網要求，使機組具備 AGC調節功能，避免了電網限電電量的發生。

4） 在保證項目整體容量不變的情況下，項目投資回收期約為 5 年，經濟效益非常可觀。目前 GW1S 舊機改造方案已在國內多個項目上實施，運行穩定，發電量普遍提升 50% 以上，經濟效益顯著，為老舊風電場持續提質增效，實現資產增值注入新活力。

三、 技術要點

GW1S 採用最新直驅永磁技術，有效解決了老舊機組原有齒輪箱漏油、故障率高等問題；容量可量身定製，覆蓋 750kW-1.3MW 的柔性功率範圍；葉輪系統得益於大葉輪的優勢，掃風面積相比原有老舊機組大幅提升；在電網適應性上，彌補了老舊機組不具備電網高低穿越能力的缺憾，電網友好性顯著增強；能適應各類環境運行，切入風速可低至 2.5m/s，具有優秀的發電出力性能。1S 機組主要技術特點如下：

1） 發電機效率高，轉速範圍寬（9～19rpm）；

2） 永磁體外轉子，勵磁方式結構簡單，無勵磁損失；減小了傳統電勵磁的體積，降低了可能發生故障。無需碳刷和滑環，減少了維護量，提高了可利用率；

3） 變槳系統採用齒形帶柔性傳動，無需潤滑，免維護；

4） 變槳系統採用無刷交流電機，電容作為後備電源，壽命長，維護少；

5） 變頻裝置採用經過驗證的成熟技術，諧波分量低；

6） 機艙結構設計充分考慮人機接口，儘可能地方便運行人員檢查維修；

7） 針對於深度技改市場，為最大限度復用現有塔架，減少現場工作量，塔底電控系統與箱變整合，採用塔架外布局方案，作為一體化風電併網裝置。將電控系統置於低壓室，變壓器置於變壓器室，高壓櫃置於高壓室。針對於微網市場，採取常規電控系統布置方式，即變流櫃、變壓器、主控櫃等均放置在塔底平台；

8） 針對於深度技改市場，儘可能復用第一、第二段塔筒，第三段塔筒根據項目進行定 制化設計；

9） 金風 GW82-1.1 風力發電機組採用全功率變流裝置，即永磁發電機對電網沒有任何影響，風力發電機組的輸出特性表現為電壓源特性（變流裝置），而與電源（發電 機）無關；

10） 金風 GW82-1.1 風力發電機組基本運行模式為獨立於電網電壓的恆定功率因數運行模式。

四、應用前景

根據第三方研究報告，中國技改替換市場在 2018 到 2020 年處於緩慢起步階段，2021-2025 年期間將穩健上升，在 2025 年之後整個市場將急劇上升，其中 2023 年之前中國還是以 1MW 級別的機組技改替換為主。國內目前運行了 10 年以上的老舊風電場容量為超過 1000 萬千瓦。各大電力集團也加快了針對存量風場的增功提效改造節奏，以期望進一步提升存量電場的能源利用效率，提高投資收益，降低資產質量安全風險。這意味着 GW1S 舊機改造整體方案具有廣闊的市場空間。