新能源发电设备可靠性影响因素的分析

曹江春

摘 要：我国要大力发展可再生能源已经形成共识。但可再生能源并网有一个大障碍在于其发电具有波动性、间歇性与不可预测性。发电并网比例上升，电网波动性显著增加，稳定性降低，成本大幅度提高。因此，为了实现新能源大规模应用，必须确保新能源发电设备的可靠性。基于此，本文主要对新能源发电设备可靠性的影响因素进行了相应的分析，以供相关人士参考。

关键词：新能源；发电设备；可靠性；影响因素

中图分类号：TM61 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）04-0179-01

1 新能源发电设备可靠性影响因素分析的重要性

2014年，中国可再生能源发电量为1.2万亿千瓦时，占总发电量的22%。其中水电最高，核电次之，以风电与光伏为代表的新能源总发电量为1794亿千瓦时，占比仅为3.24%。按现有发展进度折算，到2020年，水电与核电可能新增约3000亿千瓦时，因此，风电与光伏需要填补4000亿千瓦时的发电缺口。风电光伏并网比例必然超过5%，甚至有可能接近10%。

我们看到，传统储能的主要形式为抽水蓄能电站，然而抽水蓄能电站的建设由于选址的限制，很难与风电光伏配合，因而难以满足“十三五”新能源装机的发展要求。因此，五至十年内，不断提高新能源发电设备的可靠性是解决新能源发电并网问题的必经途径。新能源发电设备的迅速发展，可以高效地与新能源发电进行转换。

目前，对于新能源发电设备可靠性的影响因素已日益受到了政府的关注，国家能源局已经委托中国化学与物理电源行业协会启动国家储能产业“十三五”规划大纲的编写工作，以指导与推动新能源发电设备可靠性的发展。大纲编写意见指出：应用高质量的新能源发电设备，提高电网系统可靠性和安全性，减少备用需求及停电损失；作为用户侧辅助电源，提高电能质量和供电稳定性，保障电网安全、稳定运行；作为分布式发电及微电网的关键技术，稳定系统输出、备用电源、提高调度灵活性、降低运行成本、减少用户电费。

2 新能源发电设备可靠性的具体体现

新能源发电设备的可靠性应以提升电网稳定性为目的，可以认为新能源发电设备所有者为电网与电力公司，目的是降低电网成本；之后又指出新能源发电设备应在分布式发电与微网侧发挥作用，可以认为用电单位为新能源发电设备的所有者，目的是发挥其经济效益。这两大目标所对应的主体结构不一致、目标不一致，可能不能同时达到最优。

新能源发电设备的经济性应体现为发电收益大于发电成本。从电网侧来看，新能源发电设备的主要目标是调节峰谷，减少新能源发电对电网的冲击。因此，电网的发电收益体现为发电过程中所导致的电网成本的降低。

现阶段中国新能源发电比例很小，峰谷电价等分时电价的制定无须考虑新能源发电的影响。但峰谷电价与电力需求具有正相关性，运用可靠的发电设备可以同时优化上述两大目标。然而当新能源发电占到一定比例后，供需双方的作用将使电力需求的峰谷结构发生改变，新能源发电不存在燃料成本，其运行成本可以忽略不计，电网运行成本由扣除新能源发电的其他发电部分决定。

可靠的新能源发电设备能够帮助电网进行调频调峰，同时在不增加电网容量的情况下提升可再生能源的消纳能力。但在市场交易中外部性是无法得到体现的，这就需要通过补贴等手段进行调节。

产业方面，鉴于新能源发电设备对于可再生能源发展的重要作用，应该对相关研发给予补贴与扶持。特别是在技术发展的初期阶段，由于技术积累水平和市场规模等因素的制约，新能源发电设备可靠性的研发收益可能无法覆盖其成本。这就需要在政策上对于新能源发电设备可靠性研发进行扶持，在制定产业政策时，应特别注意激励机制的合理性，以避免浪费补贴。

3 计及影响因素风机可靠性分析

度电发电成本（LCoE）是指一台风机的安装和运行净成本与该风机寿命周期內预期发电量的比值。度电发电成本受到若干因素的影响，其中一个关键因素就是风机可靠性。多个业内研究项目发现，变桨系统是对风机故障率和停机时间影响最大的因素之一。变桨系统一般工作于风机中环境严苛的旋转轮毂内，和风机其他关键零部件相比，变桨系统面临的环境包括极端的温度、湿度和振动，都会对风机可靠性有很大的影响。尽管变桨系统在风场的固定资本投入占比不到百分之三，与变桨相关的停机时间在风机总停机时间中却占到近四分之一。

3.1 不断优化变桨系统的设计

在今天风场在运行大部分风机的变桨系统由大约2000至3000个部件构成，这一数字由于变桨厂家的不同而变化。穆格变桨系统三代由于采用了高度集成化的优化设计，部件数量得以明显的减少；同时，系统的可靠性高于大部分在运行风机的变桨系统，最高差别可达三倍之多。这将显著降低风机停机时间和减少计划外停机检修甚至定期维护的工作量。通过降低传统复杂变桨设计带来的故障率和停机时间，穆格变桨系统三代大幅提升了生产效能；风场业主和主机制造商们都将从中获益，从而在全球日益复杂的市场环境中变得更有竞争力。

3.2 研发为本，打造完善产业链体系

风机设备的质量和可靠性不仅直接影响风场发电效益，关乎清洁能源对传统能源替代力的提升，更涉及到风电场的人员生命和财产安全。因此，需要把风机高可靠性放在第一位的产品战略和研发理念，从根本上确保风机质量和稳定性。

为了践行这一理念，需要建立了以“千人计划”专家为带头人、博士、硕士为主体的全球领先的研发团队，并拥有国家能源海上风电技术装备研发中心等先进的科研机构，致力于通过与客户、供应商、设计院、认证机构并行开发模式，实现风电机组在设计、制造和运营方面的高可靠性。如华锐风电于2008年生产下线的国内首台海上3兆瓦风电机组，采用紧凑型风电机组驱动链及载荷分流等先进技术，大大提高了风电机组的可靠性和寿命，有效保证了风电机组的稳定运行，创下了批量稳定运行五年以上的业绩。

3.3 立足服务，全生命周期保障方案

如果说设计和生产环节决定了风电机组的先天基因的话，风机安装后的运行维护服务则从后天养成上保障了风机在运行环节的稳定性。近年来，向运维要效益，得到了越来越多风电场开发商的认同。一位风电场开发商表示，专业的运维服务能够为风机的稳定运行带来可靠保障，而维修不当反而会损坏风机的正常性能。目前，大多数整机制造商也认识到，高质量的运维服务将有效提升风机稳定性，加深客户对其风机品牌的信赖，促进双方共赢。

因此，对于风机设备的运行维护，需要提出全生命周期的理念，将把风电打造成为以装备制造为基础，以产业化增值服务为目标的服务型企业，不仅保障质保期内风电机组的稳定运行，也为已经出质保的风机保驾护航。主要需要从以下几个方面入手：1）成立风电有限公司，负责风机的运行维护服务。全面专业的服务内容，及时的服务应答速度和健全的备件体系使风机故障能够在第一时间得到解决，最大化提升风场效益、保证风机安全运行，得到了客户的高度认可。2）积极利用智慧技术，打造了智慧风场开发平台，通过高精度风电场功率预测、智慧风电场能源管理、智能风机监控及预警、全生命周期风机信息管理、智能风机在线检测系统等方式，实现了发电量和运维效率的显著提高，让运维服务发挥更大价值。3）从风电整机制造商向新能源综合解决方案提供商升级转型的发展战略。在新战略下，将在立足专业化高端整机制造服务的同时，进一步推进产品技术升级，并开拓客户服务增值、新能源产业投资运营等新领域，完善企业布局。

4 结语

综上所述，可再生能源发电并网是世界性的難题，需要在合理的市场机制下，由电价经济性杠杆与储能技术物理性杠杆同时发挥作用。经济方面的研究着眼于如何优化资源配置，其对促进新能源发电设备可靠性的健康发展可能更为重要。这就要求对市场机制的设计、价格杠杆的应用、补贴政策的制定以及产业的规划等一系列问题，进行系统性的评估。只有经济研究与技术研究两条腿走路，才能促使新能源发电设备具有更高的可靠性，更有效地同时实现改善电网稳定性与实现盈利的两大目标。

参考文献

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