创新风机技术？打造数字化风电场
——云南天峰山智能风机应用分析报告
2015年12月，华能新能源公司云南分公司风电装机突破100万千瓦，同期，新能源公司装机突破1000万千瓦。截至2016年底，华能集团公司风电装机达到1635.35万千瓦，居国内五大发电集团第二位。在风电装机取得突飞猛进的同时，华能在风机机型选择方面做了新的尝试。2014年初，华能在云南天峰山风电项目中引入美国通用电气公司（以下称“GE”）目前在国内市场主推的大兆瓦风机——GE2.75-120型智能风机（以下称“智能风机”），作为华能与GE在新型风机方面的首次合作，项目具有里程碑意义。
一、项目基本情况
天峰山风电场规划总装机19.925万千瓦，分三片区布置，自北朝南分别为朝阳片区（安装2.0兆瓦风机24台）；龙泉片区（安装2.75兆瓦风机22台）及天峰山片区（安装2.75兆瓦风机33台），总计安装风机79台；主线道路共计89.18公里、支线道路28公里，配套建设220千瓦升压站一座。项目于2014年12月获得核准批复，2015年1月施工建设，第一批风机于2016年2月正式并网发电。
二、GE2.75-120型智能风机特点
智能风机与普通风机相比，主要有以下特点 ：
1.较大的单机容量。智能风机额定容量为2.75兆瓦，为目前国内商业化运行陆上风机最大单机容量。在机位点数确定的情况下，可增加整场发电量 ;在装机容量确定的情况下，能节省机位点数。优化精简的机位能够有效减少建设期的征地费、工程费以及运维费，同时，优选机位点能提高平均风速，进而提高整场发电量。
2.优异的功率曲线。智能风机型式认证的实测功率曲线与理论的动态功率曲线有很好的符合性，在每秒11.5米风速，实测功率曲线达到了额定功率2758千瓦。
3.高载荷能力。智能风机设计的50年一遇的极大风速达到每秒56米（高于IEC标准的每秒52.5米），切出风速可保持在每秒25米，其高载荷能力甚至能够应用于东南沿海的台风环境。
4.高塔筒技术。智能风机叶片长度58.7米，风轮直径120米，轮毂中心高度85米，塔筒总重量仅为180.5吨，优于同等级风机。
5.良好的环境适用性。智能风机运行温度为常温零下15摄氏度～40摄氏度，低温零下30摄氏度～40摄氏度，在高海拔地区，采用风速-温度综合性功率控制，最大化额定功率输出，提高发电量；在南方地区，采用特殊的电气和涂层设计抗潮湿，并允许叶片带冰运行；在北方地区，能采用定制化防风沙功能。
6.通过远控中心进行运维和诊断。目前GE的该智能风机在国内外运行超过270台，GE通过其设在印度的全球远控中心实时分析监控运行风机的关键指标，用大数据预测故障，通过全球专家库和案例库智能指导排障，进行根源分析，故障数据分析达到毫秒级。
三、项目投运情况
1.安装调试
因智能风机主轴采用双轴承设计，要求风速在每秒4米以下对齿轮箱进行对中，此项工作在大风季开展异常困难。即使吃住都在风机塔筒内，调试人员仍用了半年左右，才完成55台风机的调试。
2.运行情况
（1）运行风速
运行初期，GE风机大部分时间处在集中安装调试阶段，未进入稳定运行期，风速指标并不理想。但过了4个月磨合期之后，GE风机的优势慢慢显现。
（2）故障率
2016年1～12月，天峰山风电场共发生故障337次，其中GE风机故障271次，可利用率为97.52%。
GE风机投产初期故障较多，但故障总体呈下降趋势。故障主要有以下原因：7～9月份是低风速季节，风机经常停机，导致GE齿轮箱油压低故障较多，以至于启动时报齿轮箱油温过低故障。10～12月份GE风机震动开关故障频发，该故障产生的原因是振动传感器设计缺陷。据了解，GE已经做出相关技术整改措施，整改方案于2017年2、3月份开展。
（3）单位千瓦装机发电量
2016年，天峰山风电场总发电量为2.82亿千瓦时，其中GE风机2.07亿千瓦时，单位千瓦装机发电量为1368千瓦时。
单从单位千瓦装机发电量看，GE风机2016全年的发电量比率PR（实际发电量/推算发电量）只有82.4%,与GE全球同机型相比差距巨大。其原因主要是上半年处在调试期和下半年限电，以及一些故障停机损失。调试期结束后，GE风机的发电优势开始显现，并保持了相对平稳的发电曲线。
四、启示
GE公司该智能风机属于在我国首次使用，从目前状况来看，在安装、调试、运行初期存在一定的“水土不服”现象。但是，无论从风机技术、产品与质量、运行与服务、数字化风场等方面，还是2016年下半年的运行状况看，该型风机长期趋势是看好的。
首先，风电具有“出身决定一生”的行业特点，较好的风电资源是实现风电盈利的重要前提。目前，全国大部分地区高风速资源区已被抢占完毕，将来的竞争将集中在中低风速地区，而智能风机在中低风速地区展现了良好的性能和发电表现。
其次，风机智能化的发展已是大势所趋，“高端”的设备选型将是实现风电盈利的重要保障。互联网、大数据、云计算等智能化技术的应用，虽然在短期内会增加初始投入、存在一些磨合问题，但长期来看，能够显著提升发电效率，增强运行稳定性。智能风机通过汇集、监控与深度分析风机和特殊机位点的实时运行数据与风资源信息，精细化控制，能够在保证风电场载荷安全的前提下提升发电效率。同时，对于可能出现的极端风况，智能风机能够基于大数据挖掘的算法，准确预测风速、转速和功率等，避免大量机组出现脱网故障，为风机控制优化提供安全保障。
最后，未来数字化风场将成为风力发电行业的又一次技术飞跃，也是风电运行管理模式的主流方向，公司还有很大空间值得尝试。GE于2015年在全球推出了适用于各种主要工业领域的“智能化设备+云平台+互联网”应用，其数字化风场技术包括三个方面：智能化风机控制系统方案、智能风场自动化管理方案和基于云平台的数字化解决方案，即与云平台联网的、动态的、适应性很强的风力发电系统，可以在风机全生命周期内优化整个风场的机组配置、运行参数、状态诊断、风场管理等，智能化地提高全风场的发电量和可利用率。数字化风场将分析和优化从单一风机扩大至整个风场及远方运管总部，创建了一个动态的、互联的、适应性很强的风能生态环境，将成为风能行业必备的基础设施，使风力更有效地融入现有电力系统，逐步成为主流能源。
