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坚持创新与合作,
推动风电提速提质发展
卷首语From The Editor
| 秦海岩
金秋十月,一年一度的北京国际风能大会暨展览会(CWP)将盛装启幕。2024 年,适逢新中国成立 75 周年,
也是落实“十四五”规划承上启下的关键一年。经过数十年艰苦卓绝的奋斗,我国风电产业迎来了累计
装机容量突破 5 亿千瓦的里程碑,这是值得全体风能人自豪的成就,更为我国应对气候变化、推动能源转型、
促进经济社会可持续发展提供了关键支撑。站在新的起点上,风电发展面临新的机遇和挑战,需要业界
携手合作,促使产业实现高质量发展。
在此背景下,CWP 2024 设置了十多场专题论坛,聚焦当下风电行业的热点话题。在“‘追风者说’产
业发展论坛”上,重量级嘉宾围绕创新、质量、价格、国际合作等主题展开深入探讨,希冀能够形成广
泛共识,从中找准前行的方向。在“企业家论坛”上,主要风电企业的领导人齐聚一堂,从数字化应用、
商业模式创新、供应链建设等方面,共谋产业高质量发展。“国际风电市场发展动态及投资机会”“海外
机构专场 绿色转型与高质量发展”等论坛,重点介绍各国的风电发展现状与前景,分享企业“出海”
经验“风电技术创新论坛”“构网型风电技术研讨会”“混塔安全与发展论坛”,着眼于前沿技术领域
由专业人员分享各自的研发进展及成果。“氢氨醇高峰论坛暨第二届中丹航运脱碳峰会”“氢电协同技术
发展专题会”,着重探讨绿色电力助力其他领域脱碳的可行路径。“创新剧场”与风能展览会,已经成为
国内外企业展示风电全产业链新技术和新产品的最重要平台。
CWP 2024 还将以“中国风电装机五亿千瓦”为契机组织系列活动。中国风电累计装机容量突破 5 亿千瓦,
是几代风能人努力的结果,也是足以让中国人傲视全球的又一重大成就。在 CWP 2024 上,主办方邀请到
重磅嘉宾以主旨演讲的形式,系统回顾过去数十年的发展历程,带领我们重温那段波澜壮阔的激情岁月。
这一过程中,有太多的人和事值得铭记。为此,CWP 2024 主办方组织的表彰活动,旨在向那些为推动风
电发展作出突出贡献的企业和个人致敬,激励更多风能人接力奔跑 展示那些对产业进程产生重大影响
的创新成果,探求产业突飞猛进的力量之源 从那些具有代表性的项目中追寻留在来时路上的“足迹”
循此再攀新高峰。
面向双碳目标,我国风电产业仍需提速提质发展。这就要求业界必须坚持创新驱动与合作共赢,构
建互利共生的产业生态体系。本期“封面故事”,以金风科技为样本,深入剖析这家风电整机商如何始终
坚持长期主义,紧跟产业发展和客户需求,积极联合上下游企业开展协同创新,持续提升产品的质量和
可靠性,助力行业不断拓宽发展边界,在降本增效上迈上新高度。
当前,我国风电产业正处于高质量跃升发展的关键阶段,业界更需将提质增效作为一切工作的落脚
点。创新决定我们能飞多高,质量决定我们能走多远。业界应当加强协作,加大研发投入,总结经验教训,
踏实稳健发展。如此,风电方能扛起“碳中和”大旗走得更远、更稳。
封面故事 Cover Story
对话 Dialogue 国际 International
创新是一门科学,有据可循,有理
可依。
金风科技:
创新不是灵光一现
26 48
加利福尼亚州能否
实现可再生能源发
展目标?
30
专栏 Column
08
标准电力市场教条下,
如何看教师因救人而
上课迟到被罚?
在本期专栏中,笔者将聚焦规则与
规则下的合理结算问题。在标准电
力市场教条下,如何理解这一掺和
了多种因素的事件?
协合运维董事长兼总经理陆一川认
为,在电力市场交易中,新能源运
营者要根据市场价格信号科学制定
运营策略,创新运营模式。
加利福尼亚州面临着双重挑战,
一方面要满足法律规定的可再生
能源目标,另一方面要解决位居
美国最高水平的能源账单。
导读 INTRODUCTION
我国能源转型离不开数字产业发展,新能源的波动性需数字化技术赋能与应用,
加强顶层设计,开展重点领域试点工作,在传感控制设备、预测预报技术、平台技术
三方面持续发力。
󾗕中国产业发展促进会副会长 史立山
能源新说
E
陆一川:新能源运营,
要将提高资产质量和
投资效益放在首位
2024年第09期
技术 / Technology
基于加权投票融合模型的风电机组主轴承故障诊
断方法 ………………………… 吴博阳,蔡海洋
陈亚男,罗智,毛胜轲,徐国平/60-67
基于频率法的风电机组混塔索力识别影响因素分析
………………………… 张振利,贾克勤,刘庆阳
刘志涛,徐子虚,马乾/68-72
不同开放时间对胶粘剂剪切性能的影响研究
…… 张宁威,乔佳琳,蔚明轩,勾春旺/74-80
基于平原地区的风电场风能资源分析方法与综合
评价研究 ………………………… 曹善桥/82-88
新能源场站接地变压器保护配置研究
………………………… 黄晓杰,张广磊/90-94
广告目次
《风能》杂志在线阅读网站
www.cwea.org.cn
卷首语/ From The Editor
坚持创新与合作,推动风电提速提质发展
………………………………… 秦海岩/01
专栏 / Column
标准电力市场教条下,如何看教师因救人而
上课迟到被罚? …………… 张树伟/08-10
乘风 / Windward
巴蜀大地乘风起 ……………… 王芳/12-16
现场 / Presence
龙源广西公司:打好能源保供攻坚战
………………………… 潘锋,张童/18-21
人物 / Figure
Jeanette Gitobu:
投身风电事业,为非洲能源转型贡献力量
……………………………… 叶无极/22-24
对话 / Dialogue
陆一川:新能源运营,要将提高资产质量和
投资效益放在首位 …………………… 26-29
封面故事/ Cover Story
金风科技:创新不是灵光一现
………………………………… 赵靓/30-37
市场 / Market
布局远海,低频风电技术成焦点
………………………………… 赵靓/38-39
瑞科科技:精于风,不止于风
………………………………… 王芳/40-43
调研 / Survey
2024年上半年德国风电新增装机1685MW
……………………………… 夏云峰/44-46
国际 / International
加利福尼亚州能否实现可再生能源发展目标?
……………………………… 叶无极/48-50
产业 / Industry
《中华人民共和国可再生能源法》主要政策
制度研究(下) …………… 董秀芬/54-59
目次 CONTENTS
2024年第09期
广告主 广告内容 页码
敏泰液压 产品 封二
赛米控 产品 扉页 1
舒缓基金 公益 扉页 2
麦加芯彩 形象 扉页 3
中国中车 形象 卷首语对页
金风科技 形象 目录对页 1
运达股份 形象 目录对页 2
《风能》杂志 产品 版权对页
创乐仕电气 产品 P11
盘古智能 形象 P17
兴蓝风电 形象 P25
鉴衡认证 服务 P47
东方风电 形象 P51
CWP- 氢能 产品 P73
CWP-2025 形象 P81
中科宇能 形象 P89
电气风电 形象 P95
重齿 形象 后彩一
南高齿 产品 封三
中际联合 产品 封底
顾问
石定寰 史立山 杜祥琬 黄其励
  徐建中 倪维斗 胡文瑞 杨裕生
 李宝山 韩文科 朱俊生 贺德馨 
王承煦 朱瑞兆 戴慧珠 马学禄 
王斯永 吴运东 齐同庆 于午铭 
宫靖远
社长:沈怡然
总编辑:施鹏飞
执行主编秦海岩
副主编:王仲颖 于贵勇
编辑部主任:秦海岩(兼)
编辑部副主任:薛 辰 夏云峰
采编总监:赵 靓
主笔:王 芳
编辑:时春景 叶无极
本期责编夏云峰
视觉设计:荆 莹 赵宇婷
广告部经理:锁 洁
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2010年
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2024年9月30日
全国发行
25元
2024年第09期
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专栏 | Column
8 风能 Wind Energy
“可再生能源时代的电力市场与数字化”专题
张树伟
卓尔德环境研究
(北京)中心主任
兼德国能源转型
智库高级顾问
之后,校方又给出了一个遭人恨
的解释󾋭“作为一名医生,要处理好
教学和医疗的工作1说得很轻松
对于时间上存在根本冲突的行为,校
方是否可以演示如何处理好两者?
在本期专栏中,笔者将聚焦规则
与规则下的合理结算问题(在上述案
例中可以称为“处理处置”。在标准
电力市场教条下,如何理解这一掺和
了多种因素的事件?
“劳模”做好事影响本职工
作,类比机组提供辅助服务
影响出力承诺
在标准电力市场的方法论教条下,
我们可以将医生因救人而迟到的行为,
类比于电力系统中机组提供辅助服务
的情况。
在标准电力市场中,机组的义务
是提供“承诺”的电力供应,但在接
近实时的情况下,机组可能需要提供
有功辅助服务以维持系统频率稳定
此时,机组可能会暂时提升 /降低出力,
影响其出力承诺的履行。从结算来看
尽管这些机组的整体收益可能因辅助
服务补偿是增加的,但它必须同时承
担偏差平衡责任,而不是“提供辅助
服务,有功劳,其他不用计较了”
比较的参照系应当是本职工作做
好了没有,而非与“什么也不做”相比。
本职工作是有工资报酬的。《中国是部
金融史》一书的作者陈雨露对此有着
精彩的论述 在封建社会,当履行职
责成为功绩,当最基本的道德成为美
,当所有人都失去了正确的价值判
| 本刊特约评论员 张树伟
标准电力市场教条下,
如何看教师因救人而
上课迟到被罚?
6月中旬,一则社会新闻引发热
南方医科大学某教师因救人而上
课迟到 29 分钟,被校方扣发 2000
奖金,并进行全院通报批评。校方认
为虽然这名教师迟到是因救人,但仍
属教学差错。网络调查显示,超过
65% 的投票者对此表示不满,认为不
应处分 只有不足 15% 的投票者认为
必须一码算一码,即抢救人应获得嘉
奖,迟到应受到处罚。
1: https://www.163.com/dy/article/J4SCANP20556125Z.html
Column | 专栏
2024年第09期 9
断,这个社会距离崩溃也就不远了。
类似的,在安全关切下,电力部
门的比较参照系是“什么都不做”的
范式,目前有点甚嚣尘上的意思。典
型的是传统能源的兜底保障作用。我
国传统能源装机容量仍超过 12 亿千
,发电依然可以挣钱,甚至在煤价
明显下降的 2024 年之后利润颇丰,
经有足够的补偿了。格外强调兜底保
障的含义是什么?要评“劳模”吗?
“劳模耍流氓”有理,类比
机组关键时刻出力即可一直
在系统中挣钱?
在标准电力市场中,机组在关键
时刻提供高出力服务后,不能因此长
期滞留于系统而获取不当利益。因为
市场是每 5分钟 /15 分钟 /1 小时独立
结算的。前一个时间段的高出力与下
一个阶段是否具有竞争力,完全是两
个问题。做个类比,医生因特殊原因
(如救人)迟到,不应成为逃避其他责
任履约失误的借口。
在这个案例中,很多具有朴素情
感的人有点慷医院之慨的意思。医生
没有错,不应受到惩罚,但为什么要
由医院支付或消化“迟到”表现的成
,而非通过额外渠道,如义愤填膺
鸣不平的部分网友来承担?如果医院
设定迟到规则必须进一步考虑迟到原
,这种规定必然不可能穷尽所有现
实可能。它成为医院院长主观裁量的
可能性很大。在这种情况下,如何保
在电力系统中,对于物理层面
如何运行与财务结算方面谁
应给谁钱,可以分开讨论。
证这项权力不被滥用,进而成为有选
择恩惠的“权力游戏”?
在电力系统中,物理层面实际如
何运行与财务结算方面谁应该给谁钱,
是完全可以分开讨论的问题 2。前者基
于物理约束󾋭机组停不下来,就必
须待在系统中继续发电 后者基于协
调机制规则,如市场体系中的报价竞
争,或计划体系下的边际成本排序。
我国各省份正在广泛实施的所谓
调峰辅助服务,在这个问题上始终存
在逻辑问题。机组调峰,如果是向下
调节的话,的确少发电了,在计划电
量体系中减少了收益,但它同时也减
少了燃料消耗,得以有效避免这个主
要成本,提供“服务”的机会成本非
常低,甚至是零。而给予的补偿往往
大大高于其实际成本,造成过度补偿。
在其他需求侧响应补偿,以及最
新出台的《煤电低碳化改造建设行动
案(20242027 )》 3,过度
补偿同样广泛存在,成为一种对“劳模”
行为的不讲程度的肆意补贴。
微观如何形成宏观,宏观又
如何影响微观?——一元化
与多元化
在我国,由于意识形态等原因
通常将整体宏观形态直接等同于一个
个微观个体形态,默认“齐步走”,而
不是个体之间的分化与多样化安排
在医生救人案例的社会讨论中,部分
网友表达了这一微观处置的潜在宏观
2: 其实,很多商品具有类似特点,乃至包括很多质量并不完全相同的产品市场。比如,我国的阳澄湖大闸蟹与五常大米,其每年的消费量往往是产地生产量的
几倍甚至几十倍。这说明存在广泛的“产地混淆”问题。只不过电力产品的产地混淆并不意味着消费者损失,而存在明显质量区别的商品在这方面的风险较高。
3: https://m.bjx.com.cn/mnews/20240715/1389033.shtml。它提及,(要)对项目的可再生能源发电量或零碳发电量予以优先上网。对于何为优先,语焉不详。这
一脱离边际成本考量就优先的思维再一次反映出“劳模”思维方式。
专栏 | Column
10 风能 Wind Energy
影响 如此惩罚好人,以后谁会当好
?有此担忧是正常的,但必须回答
为何多元化的个人会因为这个微观事
件形成一种宏观趋势的驱动力问题
笔者相信,即使明知要受罚,仍有很
(当然不是全部)具有人性光辉的
人会选择优先救人,不会因为 2000
的损失而改变决策与行为。
《南方能源观察》曾刊文 4 :“ 西
部地区的数据中心如要充分利用风电
光伏资源,就需解决风电光伏波动性
随机性与数据中心所需电力稳定性之
间的矛盾。”这是一种误导。数据中心
需要稳定电力,并不意味着整体电力
需求必须稳定。电力系统的宏观是“一
定空间范围内的总体平衡”,不需要特
定微观主体的彼此特性profile一致。
整体需求也不是稳定的。数据中心的
需求增长再快,也只是一个大的电力
不稳定需求“池子”的几个百分点而已。
可再生能源购电协议PPA)可以仅
是其(稳定)电力消费量中的一部分
而不是全部。
上述提及的调峰辅助费用,同样
是按照“分摊”的方式进行的。分摊
额度往往与用电量大小,而非系统成
本归因责任挂钩,相当于一种电力税
在宏观上,系统存在各种必要的有功
辅助服务。然而,之所以需要辅助服
,在于某些机组的出力偏差。需要
准确界定这种责任,而不是做“大锅饭”
式的分摊操作。这存在对系统调度的
逆向激励。
在我国,政府具有设定议程的强
烈愿望与充分能力。每当官方定义一
个新的概念,或者提出一个新的模式
之所以需要辅助服务,在于某
些机组的出力偏差,需要准确
界定这种责任。
就会自动形成围绕这个概念或模式的
“拥趸”与市场参与者,进而会成为新
的既得利益集团。但这个市场与原有
的类似市场完全割裂,成为“有选择
地恩惠”安排,尽管它们的功能很相似。
过度补偿与过度惩罚往往并存于
割裂的体系安排中。电力部门,从能
源互联网、储能到新型电力系统,从
虚拟电厂、需求侧响应到源网荷储一
体化,概念不一而足。问题是 电力
系统永远是空间大池子类型的“总量
平衡”。如果将电力交易市场弄得非常
碎片化,有些市场的价格波动可能会
特别夸张。浙江省曾出现过以 8~10
/千瓦时的价格购买外来电的情况
其现货市场试点也出现过长时间的零
电价与负电价,就是这方面的体现。
小结
映射医生救人迟到被罚案例,笔
者强调的电力市场设计逻辑是
一码算一码是基本要求󾋭“劳模
耍流氓”并不有理
奖励与惩罚必须讲程度󾋭给个
结果,说个理由,不代表充分论证
从微观到宏观可以容纳多元化󾋭
保持宏观的可管理性和稳定表现“人
人有份”齐步走往往不够专业和公平。
我们的思维实验目的并不是要裹
挟大众,宣称这种思维代表的意识形
态一定是对的。而是表明在处理公共
问题时,直面各种时间、空间与结构
上的得失平衡(trade-off)设计规则,
才能避免陷入“伪君子”的夸夸其谈
确保可操作性和长期持续性。
4: https://mp.weixin.qq.com/s/hYUXaGTthfpPfMy6eUq8Lw
Column | 专栏
2024年第09期 11
乘风 | Windward
12 风能 Wind Energy
巴山青,蜀水碧,在起伏的山峦,流动的云海间,
洁白的风电机组若隐若现,像蒲公英般在此落地生
根。山风吹出了绿色能源,也为巴蜀大地的百姓们
带来幸福的生活。
12 风能 Wind Energy
Windward | 乘风
2024年第09期 13 2024年第09期 13
乘风 | Windward
14 风能 Wind Energy
巴蜀大地乘风起
本刊 | 王芳
在巴蜀大地,一场绿色的能源变革正在乘风而起,一
群新能源的开拓者在这片古老而丰饶的土地上扎根生长
沐光御风,与大西南的山川相守,探索出一条促进产业升
级、改善生态环境、推动乡村振兴的实践路径,描绘出一
幅“千乡万村驭风行,千家万户沐光行”的美好图景。
凉山·冕宁
玛施金风电场是中国三峡新能源(集团)股份有限公
(下称“三峡能源”)在四川省凉山彝族自治州冕宁县
开发的第一个风电项目,于 2017 12 月并网发电。
冕宁县地处青藏高原东缘,属横断山脉北东段牦牛山
区,海拔高程在 2900~3700 米。当地空气稀薄,昼夜温差大,
为典型的高海拔气候。冕宁县地理位置偏僻,为少数民族
彝族聚集区。同时,当地交通极为不便,自然环境异常恶劣。
玛施金风电场就位于该县的一条南北走向的狭长崇山峻岭
地带。
通过科学规划、合理布局,三峡能源将风电项目开发
与促进地方经济社会发展紧密结合,不仅为周边地区提供
了稳定可靠的绿色电力供应,还带动了相关产业链的发展,
创造出大量就业机会,让当地居民真正实现增收致富。此
外,风电项目开发还产生了良好的生态环境价值,每年的
发电量相当于节约 2.7 万吨标准煤,减排二氧化碳 2.2 万吨。
冕宁县土地贫瘠,生态脆弱,当地的经济来源主要是
畜牧。依托玛施金风电场的开发,三峡能源向属地的斯果
觉和呷多村 271 户牧民,按照每户平均种植 5亩的标准,
捐赠了 8130 千克的光叶紫花苕草籽。光叶紫花苕是一年
生豆科野豌豆属草本植物,耐旱、耐瘠,牛羊猪兔均喜食。
拿到草籽的农户们发自内心地感谢驻地企业。经过冬春季
播种,这些草籽变成牧草,可以为牛羊补充饲料,让它们
保膘增肉,从而很好地解决了牛羊过冬草料匮乏的问题。
靠着自己勤劳的双手获得收入提升,牧民们倍感喜悦和踏
实。天气晴好的时候向远山眺望,总能看到成群的牛羊悠
闲觅食。
天干物燥,加上大风天气多,让大凉山的森林火灾频
发。在运维期间,玛施金风电场附近也曾发生过山火。玛
Windward | 乘风
2024年第09期 15
三峡能源武隆赵云山大梁子风电场
施金风电场总经理徐伟向《风能》回忆道 “当时山火离
我们 21 号风电机组只有十几米的距离,整个森林都是灼
烈的热浪。根据风向和火势蔓延趋势,我们配合消防员们
一起砍伐树木,构建防火隔离带,进行湿化降温作业,共
同奋战了六天六夜”最终扑灭了火灾,此举受到当地政
府及消防部队的充分肯定和赞誉。
凉山·金阳
蜀道之难,难于上青天!金阳风电场位于四川省凉山
州西南部,西临西溪河,金沙江从东南两面切割深谷,岭
谷高差达 1500~2000 米。项目历经 6年筹建,才最终落地。
建设阶段,面对严寒、高原缺氧、暴雪等困难袭扰,三峡
能源迎难而上。项目团队在险峻的悬崖边开山凿路,终于
让道路具备了运输条件。试运 3遍,精细记录下每个拐弯
处的驾驶操作细节,车队才开始大规模运输。高峰时39
辆叶片倒运工装车像“蚂蚁搬树叶”般在峻岭之上缓慢前行。
75 米长、19 吨重的风电叶片过盘山路,需要连续转
上百个急转弯,一趟就需要半个月的时间。”一名项目参
建者如是说2022 年,项目在 8个月有效施工窗口期内
建成,58 台风电机组矗立于金阳县的高山之巅。
金阳索玛花开,巨大的风电机组屹立于山头,将原本
贫瘠的荒山变成了助力乡村振兴的“金山银山”“大风车”
每年可“吹出”约 4.19 亿千瓦时的清洁能源,每年可为
当地政府增加 2000 多万元的税收,建设期创造出 500
个就业岗位。六一儿童节期间,金阳风电场的现场运维团
队为偏远学校的学生们发放教学物资和生活用品,青年志
愿者们向小朋友们介绍风电机组模型,小朋友们被“大风
车”吹出的清洁能源深深吸引“小脑袋们”围着志愿者
老师叽叽喳喳好奇地询问风力发电的种种细节。
据悉,截至 2024 9,三峡能源在凉山州已投产
新能源项目 55.38 万千瓦,每年可为当地提供约 10 亿千
瓦时的绿色电能。
巫山·两坪
重庆市巫山县两坪汇集电站是三峡能源与巫山县联合
打造的三峡库区首个“风光农 ()互补”新能源项目
在高效利用风光资源的同时,极大提高了土地的利用价值。
该项目的风电装机容量为 4.25 万千瓦,共安装 17
风电机组,光伏装机容量为 18.2 万千瓦,风、光接入同
一个 220 千伏升压站,实现同场发电。项目年均发电量约
2.4 亿千瓦时,年产值约 1.4 亿元,年节约标准煤约8.4 万吨,
减少二氧化碳排放约 23 万吨。通过风光互补,可以实现
不同季节、不同天气、日夜交替的互补,在一定程度上发
挥着削峰填谷的作用。
电站负责人熊菲向《风能》介绍说 “项目建设期
最多需要 1000 多名工人,村里很多人前来务工。项目完
工后,村民通过为新能源用地除草等增加收入,每天可得
150 元左右的收入。
项目共租用荒地、坡地等低产土地 5000 余亩,惠及
三溪乡、两坪乡 12 个村约 2000 户群众,每年帮助群众增
收约 200 万元。
据悉,在不久的将来,当地还将积极应用“风光电长
乘风 | Windward
16 风能 Wind Energy
2020年向重庆市巫山两坪乡向鸭村小学、三溪乡红花村小学进行实物捐赠
+生态农业 +休闲旅游”模式,通过新能源带动当地农
业和旅游业发展,助力乡村全面振兴。此外,三峡能源重
庆巫山县大风口 6万千瓦风电项目已经进入施工阶段,计
划在今年年内实现并网发电。
赵云山·武隆
大梁子风电场位于重庆市武隆区大洞河乡赵云山,总
装机容量为 4.4 万千瓦,于 2019 年建成投产,年利用小
时数位列重庆市第一,连续 4年获得中电联全国风电场生
产运行指标(对标华中地区)5A 级荣誉称号。
夏季,赵云山是山城人民的避暑胜地 冬天,赵云
山却异常湿冷。作为在重庆的首个自建风电项目,三峡
能源高度重视大梁子风电场的建设进展2018 12
28 日,零下十几摄氏度的升压站尚未通水通电,在没有
任何取暖设备的艰苦条件下,建设者们围坐在中控室等
待倒送电。终于,綦江地调下达了调度送电指令,众人
按捺住激动的心情,屏息静待送电成功的时刻110kV
送出线路、GIS、主变、高压开关柜等主设备送电都一帆
风顺,没想到当合上 35kV 353 开关后,SVG 竟然报“充
电失败”故障。经过查探,原来是 SVG 户外隔离刀闸电
动机操动机构被冻住了,导致无法自动闭合。在采取停
电等保护措施后,建设者们到户外开展人工除冰,在去
除大块坚冰后,刀闸顺利闭合,倒送电成功。冰天雪地
之下,一群人的心火热地凝聚在一起。这个小插曲,让
大家对那段记忆更加深刻。
每年春季,当冰雪渐渐消融,风电场便开始呈现生机
盎然的景象。高耸于山巅的洁白风电机组,与山间云雾缭
绕中盛开的野生杜鹃林构成了一幅绝美的山水画。远远望
去,漫山的“大风车”好似蒲公英,在武隆赵云山落地生根。
从大梁子风电场建成之初,三峡能源就牢记自己的社会责
任,乡村道路硬化、完善大洞河乡的基础设施、开展附近
小学的文化建设……一桩桩、一件件坚持不懈为属地群众
办实事、做好事,和属地群众共同描绘出一幅幅美好生活
的三峡画卷。
武隆大洞河乡红宝村村委书记向《风能》介绍说“这
条道路是大洞河乡上赵云山的必经之路,也是风电场进场
的唯一道路,硬化后车子能开上山,旅游民宿都发展起来
了。三峡能源还帮学校配电脑,修操场,学生们踢球、打
球都有地方了。 三峡能源四川分公司刘若曦对本文亦有贡献
Windward | 乘风
2024年第09期 17
现场 | Presence
18 风能 Wind Energy
龙源广西公司:
打好能源保供攻坚战
今年入夏以来,全国多地遭遇高温天气和强降雨侵
袭,用电负荷持续走高。对于发电企业来说,防汛保供、
安全生产是首要任务。在广西龙源新能源有限公司,风电、
光伏场站的运维人员来回穿梭在邕江之畔的八桂大地上,
他们的使命是让每一台风电机组、每一块光伏组件可靠
运行,持续向外输送清洁能源,全力打好能源保供“组
合拳”
截至 720 ,广西龙源新能源有限公司累计完成
发电量 7.9 亿千瓦时,较去年同期增长 1.2 亿千瓦时,风
电利用小时数达到 1594 小时,再创历史新高。
鏖战暴雨,“汛”速出击
“汛情就是命令!我们要密切关注气象部门发布的预
警信息,各班组加强信息报送,清点防汛物资,扎实做好
防洪度汛各项工作,做好极端天气机组安全稳定运行的‘动
’。” 广西龙源新能源有限公司分管生产的副总经理在
| 潘锋,张童 广西龙源新能源有限公司
Presence | 现场
2024年第09期 19
广西龙源新能源有限公司霞义山风电场
现场 | Presence
20 风能 Wind Energy
周例会上强调。
今年 518 日至 19 ,广西出现强暴雨天气,多
地打破降雨量极值。广西龙源新能源有限公司充分利用
现场青年员工力量,紧盯防汛重点部位,提高重点设备
的特巡频次,对关键部件进行防护处理,检查风电机组、
箱变、光伏组件及支架、输电线路及各类杆塔基础的渗
水和接地情况,加强对场站、道路排水系统,露天设备
设施,防雨水、漏水设施等重点防汛区域与薄弱环节进
行风险排查和隐患治理 清点应急照明、沙袋、水泵
临时电源等防汛物资、设备,更新补充生活用品,确保
关键时刻调得出、用得上。
“由于暴雨,咱们上山的道路有一处树木折断,严重
影响了场站工作和村民出行”得知这一险情后,广西龙
源新能源有限公司四方岭风电场第一时间成立抢险小分队
前往清理。有的负责指挥车辆和行人避让树木维持现场秩
序,有的负责切断或砍断大的树枝,有的负责将断枝清理
到路旁“嗞嗞”的电锯声“唰唰”的砍刀声“沙沙”
的扫地声此起彼伏,现场一片繁忙景象。经过 1个多小时
的通力合作,倒在路段中间的大树被挪开,折断的树枝也
很快被清理干净,道路安全隐患消除,道路交通恢复了顺
畅,受到了村民的称赞。
确保能源生产很重要,确保人员安全更重要。接到暴
雨橙色预警后,广西龙源新能源有限公司坚持“职工至上,
生命至上”的原则,取消人员外出作业,在保护好职工的
前提下,运用高科技手段进行更精准的工作预测。
同时,安全监察部门通过开展应急防汛演练,确保全
员熟练掌握设备操作技能,生产各党支部党员充分发挥先
锋模范作用,组织汛期安全大检查,针对风电机组及场站
各重点区域排查安全隐患 17 项,以实际行动树立一面“行
走的旗帜”
踏浪而行,不惧“烤”验
“小刘,小张,在站内巡视的时候一定要注意各个发
电关键部位的温度,主变、断路器、刀闸触头、引流线连
接片等关键部位都是重点!”
“明白。
进入 7月以来,广西地区的气温逐渐攀升,加上设备
的连续运行,场站安全生产工作面临的挑战大大增加。
“对电力设备进行巡视测温,逐条记录测温数据,然
后比对分析,就像给设备‘体检’一样。提高巡回频次,
开展数据预测分析,能让我们更好地了解设备并进行提前
的预知维护工作……”汗流浃背的小刘用袖子抹了一把汗
水,又开始埋头苦干,这是广西龙源新能源有限公司一线
值班员对主变压器的高压侧绝缘套管节点进行红外测温
Presence | 现场
2024年第09期 21
劳动者的日常工作场景。
“你啥时候在后背画了张地图?”休息之余,检修员
们互相打趣地说。由于天气炎热,他们的衣服湿了又干
干了又湿,汗水流进眼睛里又涩又疼,只好眨眼缓解,但
是这些丝毫没有影响他们检修的热情和高标准。
刚休息了 10 分钟,对讲机又传来作业通知,检修员
们整理好工具,再次出发奔向热浪滚滚的作业场。
“天气越是炎热,越考验我们的检修能力,我们必须
打起十二分精神,不能让任何一台设备在我们手上‘带病’
运行。”值班长话音刚落就投入到设备检修中。
夜幕降临,墙上的钟表时针指向 8时。“下班后去冲
个凉,是工作一天中最舒服的时刻”对于检修员来说
每日与清晨的曙光和夕阳下的余晖相伴,检修平平安安就
是最大的幸福,简单而容易满足。
机舱里的“蒸桑拿”,脚底下的“铁板烧”,星光下的
“赶路人”,是广西龙源新能源有限公司全体员工在三伏天
里用汗水定格的一幅幅“滚烫”画面。迎峰度夏期间,广
西龙源新能源有限公司全面梳理发电设备在日常管理中存
在的主要问题和薄弱环节,进行全面细致的“把脉问诊”
及时消除安全隐患,防患于未然,以实际行动牢牢把控供
电安全的每一道关卡,保障广西电网系统安全稳定和人民
群众生产生活用电。
炎炎夏日,“凉”策关怀
“这么多防暑降温用品,公司真是实实在在给咱们一
线职工‘降温’啊!”一名员工笑呵呵地打开一罐凉茶。
为了应对高温天气给电站检修人员带来的严峻“烤”
验,每年盛夏时节,广西龙源新能源有限公司工会常态化
对项目工程建设现场和各场站一线作业人员开展送清凉活
动,不仅为一线职工送去防暑降温物品,还实地走访了解
一线职工的生活工作情况,宣传防暑降温知识,引导大家
错峰作业,避免在高温环境下长时间作业 外出作业时
车中常备藿香正气水等防暑降温药品 叮嘱食堂及时调整
餐饮,增加西瓜、绿豆汤等防暑食品,让一线职工在炎炎
夏日感受到贴心的关爱。
此外,广西龙源新能源有限公司各场站严格落实防暑
降温物品和药品要求,定期对应急药品、物品进行检查
补充和更换,配备救心丸、冰凉贴、藿香正气水等十余种
医药用品,切实为职工健康搭建起一道安全屏障,保障能
源供应。
鏖战暴雨、不惧“烤”验,这是能源保供人的使命
正是因为心中有了这份担当,他们坚守岗位,攻坚克难
用严谨态度精修维护,用实际行动“电”亮城市,让千家
万户清凉度夏。
职工正在对风电机组液压站进行检查 职工正在检查主变呼吸器
人物 | Figure
22 风能 Wind Energy
本刊 | 叶无极
Jeanette Gitobu:
投身风电事业,为非洲能源转型贡献力量
作为全球风能理事会GWEC
非洲政策顾问“风能女性全球领导
力项目”Women in Wind Global
Leadership Program)主任Jeanette
Gitobu 认为,可再生能源行业为包括
女性在内的很多人提供了改变世界的
巨大机会。
职业转变
Gitobu 热衷于应对气候变化,她
的职业生涯却并非始于可再生能源领
域。相反,作为传教士的孩子,并在柬
埔寨生活过 17 年,Gitobu 最先对金融
产生了兴趣。她希望通过金融来改变世
,因此,决定攻读经济学,并凭借
优异的学习成绩,用获得的奖学金前往
美国纽约攻读本科学位,这为 Gitobu
进入私募股权行业打开了大门。
“这段经历极大地帮助我取得了今
天的成就。”她告诉《风能》“因为它
培养了我的分析能力,并加深了我对
如何通过合作创造变革的理解。
在获得金融经验后,她转向石油
和天然气行业,最终在可再生能源领
域找准了自己的定位。那么Gitobu
是如何完成职业转向的?其实很简单
人脉。具体来说是通过社交网络和向
业内专业人士寻求建议,成功地完成
了转型。
“我从不害怕向我钦佩的人提问
,当你主动寻求别人的帮助时,他
们往往很愿意分享自己的故事和见解。
我因此找到能让自己不断提升的成功
。” Gitobu 得到的最有用建议之
一是 “风险就是风险,不管它看起来
是什么样子。正因为如此,在做重大
决定时对于后续会带来好的还是坏的
结果,应将所有可能的情况都考虑进
,并以此进行评估,最终确定自己
要采取哪些行动。”这一点,她一直铭
记于心。
此外,Gitobu 还鼓励那些考虑进
入可再生能源领域的人锻炼他们的可
转移技能。
“当你从一个行业转到另一个行
业时,最好让自己具备一套可以在多
个行业中使用的技能,这些可以是
Figure | 人物
2024年第09期 23
软技能,如言谈举止、展示信息或
分析文件的能力 也可以专注于技术
技能,如对所在行业有着深刻理解
我一直相信成功是机遇与准备的结
合。Gitobu 解释道。
可再生能源领域的机会是巨大的。
GWEC 预测,从现在到 2025 年,
风电行业就将创造超过 330 万个新就
业岗位Gitobu 赞同这样的说法,在
她看来,风电行业“是极具挑战性的
行业,要利用自身所学的多项技能
同时也能让人感受到,自己的所作所
为对周围的世界产生了积极影响”
气候变化
“我对应对气候变化有着难以置信
的热情,因为我在非洲的肯尼亚生活
工作,这里与气候变化息息相关。这
不仅关系到我们的生命,也关系到未
来孩子们的生命Gitobu “如果
全球变暖超过 2,对许多国家来说
就是‘死刑’判决。
2030 ,人类只有 70 个月的
时间了󾋭这是联合国政府间气候变
化专门委员会UNPCC)为避免对
气候造成灾难性影响,设定的将燃烧
天然气造成的温室气体排放量减半的
最后期限。“如果我们不采取集体行动
减缓气候变化,其影响将是不可逆转
和毁灭性的,会影响到全球每一个人
我们有一种心态,认为气候变化永远
不会发生在我们身上,但这是人类历
史上第一次,我们不能再把责任推给
下一代。Gitobu 说道。
“气候变化是真实存在的。Gitobu
坚定地表示“在我成长的过程中
辗转于全球各地,亲眼目睹过气候变
化对不同国家的影响。虽然一开始我
没有意识到会进入能源领域,但结合
这些年的亲身经历,我知道我想效仿
自己父母的使命,对世界产生积极的
影响。
“即使是现在,我在肯尼亚向窗外
望去,也能看到雨来得越来越晚。所以,
就我个人而言,我的激情来自于实现
我们想要看到的改变,而我们能做到
这一点的唯一方法就是每个人都尽自
己的一份力量。”她进一步说道。
Gitobu 介绍,目前,非洲已
经建造了 83 座风电场,总装机容量
900 万千瓦。然而,非洲仍然只利
用了其风能资源开发潜力的一小部分,
只有 0.2%未来开发潜力巨大,经济、
社会、环境价值显著。
Gitobu 认为,在发展可再生能源
的过程中,政策是至关重要的,因为
一旦通过个人、组织和政府的参与制
定和执行,政策就会为如何处理问题
提供指导、一致性、问责制、效率和
清晰度。
风能女性
2020 “风能女性全球领导力
项目”与国际可再生能源署IRENA
合作发布了《可再生能源 性别视角》
Renewable Energy: A Gender Perspective
报告,它总结了对 144 个国家可再生
能源行业近 1500 名受访者的调查结
。该报告的一个重要发现是,女性
占全球风电行业劳动力的 21%
“风能女性全球领导力项目”成立
2019 年,旨在响应气候政策和行动
多样性的愿望。更大的多样性有利于
风电行业,从而通过推动应对气候变
化的新观点,促进全球经济发展。该
项目着力创建多维度的内容,重新定
义了女性在行业中的角色,通过提供
知识转移网络研讨会和指导,支持女
性成为风电行业中的思想领袖 通过
赋予女性在风电行业的权利,增加女
性在管理和决策层面的代表性 通过
具体的职业目标、路线图和网络建设
机会,为风电行业的下一代女性领导
者做好准备。
在该项目中Gitobu 负责设计
和实施其中的课程,并联合合作伙伴
为参与者提供多样化和多维度的项
。作为政策顾问,她通过研究和撰
写报告帮助制定非洲风电市场政策
架。Gitobu 的部分工作还包括与
IRENA、联合国气候变化框架公约
UNFCCC、联合国、慈善机构和许
多其他机构合作,帮助提高对能源转
型中性别平等的认识,并提供自动监
视分析与报告技术Self Monitoring
Analysis and Reporting Technology
解决方案,以确保能源转型是一个公
正的转型。
加入GWEC 前,Gitobu
澳大利亚全球可再生能源开发公司
Windlab 工作,专门从事全球风能资
源测绘,以找到最佳的场址,最终实
现建造和运营高质量风电场。她和肯
尼亚团队负责了非洲首个大型混合可
再生能源发电项目(MCEP)的工作。
该项目的创新设计结合了总装机容量
8万千瓦的风电机组、太阳能光伏
和储能技术,确保了 Windlab 能够以
可承受的成本为肯尼亚 5200 万公民提
供清洁电力。
Gitobu 表示,作为唯一一位成功
1700 多名土地所有者签约的黑人女
性项目开发者,参与这样一个具有开
创性和挑战性的项目,促使她为复杂
问题创造创新的解决方案。例如,创
人物 | Figure
24 风能 Wind Energy
建能够为上千名项目区土地所有者分
析数据的数据管理仪表板,这在非洲
可再生能源领域是第一次。
“对很多土地所有者来说,他们
的土地是祖辈们一代一代继承下来
,具有深刻的个人和文化意义。特
别是在对风电了解甚少的社区,建立
信任十分重要。许多土地所有者对长
期利益持怀疑态度,因为他们担心环
境影响和经济回报的可靠性。为了解
决这些问题,我和同事与这些土地所
有者围坐在一起,分享了类似项目如
何通过改善当地基础设施和创造就业
机会对其他社区产生积极影响的故
事。Gitobu 告诉《风能》
成功之路
在肯尼亚、赞比亚、柬埔寨和美
国的生活经历,深刻塑造了 Gitobu
个性和职业技能。这些给了她一个独
特的全球视角,让她在保持自己身份
的同时,有能力在不同文化之间架起
桥梁。
“例如,在柬埔寨,我有时会陪同
父母前往各省。有一次,我们去参观
了一个丝绸编织培训项目。这个项目
主要通过以女性为主的工作者制作手
、钱包、围巾和服装等产品,并以
具有竞争力的价格出售,从而使她们
在经济上有能力养家糊口。这一经验
突出了信任的重要性,以身作则,以
及在项目中建立关系,显示出人际关
系和技术技能一样重要Gitobu
忆道。
Gitobu 职业生涯的早期,她
曾遇到过一位具有挑战性的公司领导。
虽然她和这位管理者在很多问题上有
不同的看法,但这段经历教会了她
通过共同努力创造双方都满意的选择,
将人们从问题中分离出来,关注利益
而不是立场,达成双方都能接受的协
议的重要性。“在管理层面,谈判是弥
合分歧和共同努力的关键技能,通过
调整互利立场,达成一个更好的结果。
她分享道。
关于如何让自己和团队保持动力,
尽可能提供最好的服务Gitobu 提到
了五个方面的技巧。一是联系,无论是
作为一个团队,还是作为个人,与同事
的联系对于维持和发展高绩效团队至
关重要 二是对同事表现出兴趣,通过
了解团队成员的爱好和抱负建立健康
的工作关系,并为每个人提供量身定制
的发展机会 三是经常表达感激之情
四是将快乐带到工作场所,如庆祝里程
,在充满挑战的时刻和同事相互支
五是言行一致,身体力行。
Gitobu 的成长过程中,她最
喜欢打篮球,曾经是柬埔寨金边高中
篮球队的一员。当时,她的教练引用
过美国篮球教练约翰· 登(John
Wooden)的一句话,并改变了她对成
功的看法,“成功是内心的平静,因为
你知道你尽了最大的努力,成为了你
能成为的最好的人。Gitobu 回忆道。
工作之外Gitobu 将时间和资
源贡献给了与服务相关的活动。例
,在天使中心Angel Centre,救
助弃婴)、仁人家园Habitat for
Humanity,帮助建造和改善家庭住
所)和微笑行动Operation Smile
改善唇腭裂患儿的生活)提供指导和
志愿服务,这是她热衷的项目。与约
· 伍登的理解相似,Gitobu “成功”
定义为在自己的影响力范围内为社会
服务,同时拥有心灵、身体和精神状
态上的平静。“无论是在肯尼亚的能源
部门工作,还是在赞比亚的农村为社
区服务,我都看到了在与当地社区合
作时,同理心和文化意识是如何发挥
作用的。这些经历塑造了我的领导力
展示了包容性和多元化视角在创造创
新解决方案方面的价值。”在采访的最
后,Gitobu 给出了这样的答案。
“生活就是这样,你必须抓住机
”大学毕业后Gitobu 回到了肯
尼亚,她决定做点什么来改变这个国
家。从那时起,她再也没有回头。
Gitobu在《联合国气候变化框架公约》第28次缔约方大会(COP28)上发表演讲
Figure | 人物
2024年第09期 25
26 风能 Wind Energy
对话 | Dialogue
本刊 | 王芳
陆一川:新能源运营,
要将提高资产质量和
投资效益放在首位
2024 年,中国风电累计装机容量预计会突破 5 亿千瓦。回首过往,中国风电装机规模已经连续 13 年位
居世界第一 展望未来,机遇与挑战并存。大基地、分散式、海上、海外风电开发迎来新的增长周期,风光
储多元化应用正成为新的增长点,市场“蛋糕”不断扩大,带来更多发展机遇。与此同时,风电行业在运营管理、
并网消纳、市场化交易、“走出去”等方面也面临着挑战。
“对话企业领导人”系列专访】
当前,新能源发电进入到增量和存量并存的时
代,平均度电收入的降低与未来预期收入的不确定
性大幅上升,使新能源资产持续盈利能力面临更大
压力。企业不但要保障电站设备的运行质量,使之
安全高效运转,也要在多种应用场景和复杂的电力
市场中争取更大价值。因此,低碳时代的能源资产
管理水平、场站运营能力都将成为影响盈利的重要
因素。如何看清市场的变化趋势,把控这些变量要
素?怎样训练和储备相应的技能?
北京协合运维风电有限公司(下称 “协合运维”)
深耕新能源电站运营已逾十七载,在运装机容量超
3000 万千瓦,积累了大量宝贵的资产托管及运
营服务经验。带着上述问题《风能》与协合运维
董事长兼总经理陆一川展开了对话。
陆一川认为
· 一旦新能源大面积参与电力市场交易,电价
波动必然会对整个后服务市场造成巨大的冲击。作
为交易主体,运营者需要根据市场价格信号科学制
定策略,包括创新运营模式、调整运营策略、组建
专业团队等。
· 电力交易会融入整个运营中,成为资产运营
必不可少的一部分。未来,市场对运营的内容完整
度、综合能力要求会变得更高。
· 无人化不是在探索技术,而是在探索一种可
行的高效模式。现有的技术不是瓶颈,之所以现在
尚未看到其产生效益,是由诸多原因造成的。相信
随着时间的推移、认知进步和电力体制改革的深入,
情况会有所好转。
针对于此,《风能》杂志特别策划“对话企业领导人”系列专访,邀请风电头部企业负责人,回顾风电
行业取得的经验与成就,厘清当前的发展形势,以期凝聚起广泛的共识,携手推动产业实现高质量跃升发展。
2024年第09期 27
Dialogue | 对话
以下为采访实录
Q截至 2024 6 月底,我国风光总装
机容量达到 11.8 亿千瓦,首次超过火电。作
为一家在产业发展之初即投身于后服务市场的
企业,您认为这一时间节点意味着什么?新能
源装机容量和发电量占比的提升,对于我国建
设新型电力系统、实施电力体制改革等具有怎
样的意义?
A我国风电、光伏发电装机规模较 10
年前增长了 10 ,今年更是首次超过火电装
机容量,反映出我国能源电力结构持续优化
然而,真正有意义的是风光发电量在整个能源
电力中的占比。国网能源研究院发布的《中国
新能源发电分析报告 2024》显示2023 年,
我国新能源发电量约为 1.47 万亿千瓦时,占
全年总发电量的 15.6%。这一数值增加很快
相信距离以风光为代表的新能源成为具有支撑
性的主力电源为时不远。
我认为,电力体制改革的进程比较及时
电能是一种所谓的“无差别”商品,但它在不
同时空中的价值是有差别的,而电力市场就是
为反映电能的真实供求关系而设计的市场组
织模式。由于新能源发电的波动性、随机性特
点,以及其发电量在整个电能供给中的占比不
断提升,电力供应实时平衡难度和未来供需态
势的预测难度日益增加,供需余缺在一天内交
替出现将成为常态。只有现货市场才能真实反
映其实时价格信号,让供需关系通过价格信号
实现资源的高效配置,且这种需求越来越迫切。
2015 ,我国再次启动电力体制改革,电力
市场建设稳步推进。从甘肃、山东、山西、广
东等几个先试先行的省份来看,在不远的将来,
全国范围内都会按照市场化的方式配置电力。
Q电力现货市场的价格波动对新能源投
资策略、运营策略会产生怎样的影响?您认为资
产运营者在管理认知和理念上需进行哪些调整?
A新能源全面参与电力现货市场,对
新能源的投资和收益带来极大的不确定性。从
全国来看,目前的电力系统对新能源的承载力
虽未达到物理上的限制,但并不代表不存在局
部空间、未来一定时间内容纳上的制约。实际
上,在某些区域、省份,其电力系统在现有资
源和技术条件下的接纳能力已接近极限,电力
系统的灵活性资源需求和调节运行成本将显著
上升,相应地在市场决定价格的机制下,也将
反映在各类电源所能获得的平均成交价格上。
对于投资者来说,选择投资区域变得更加
困难,不应再以自然资源好坏来单方面评估未
来的盈利性,而是需在此基础上综合考虑地方
电力供需趋势、系统灵活性等要素,且需要重
新评估在不同地区的投资模型。对运营者来说,
更要具备专业的、体系化的、联动与协同的资
产“运”与“营”的能力,以保障资产长期稳
健收益。可以说,新能源资产的投后管理水平、
运营能力已成为资产价值胜出的关键。
交易策略的精准性则由专业人才成熟度
对市场的理解深度、所依托的数字化支撑体系
的辅助决策能力和效率,以及风险管理能力等
多种因素决定,且营销环节的专业度对资产持
续性盈利的影响至关重要。基建、生产等环节
同样需要配合营销,包括机型的选择、停机试
验和检修时机的选择等。
投资者和运营者都需要清楚地认识到,既
然是市场化,价格波动必然存在,不过会遵循
一定的规律,应根据市场价格信号科学制定投
资和运营策略。虽然价格变动难以精准预测
但趋势是可以正确预估的,风险是可管理的。
Q协合运维既有传统运维能力,也有电
力交易能力。在布局电力交易时,协合运维是
如何考量的?您认为深处不断变化的电力市场
中,运营者必备的能力是什么?
A协合运维一直在关注电力体制的改革
进程,以及新能源参与市场的发展趋势,因为
一旦新能源大面积参与电力市场交易,电价波
动必然会对整个后服务市场造成巨大的冲击
28 风能 Wind Energy
对话 | Dialogue
需要创新运营模式、调整运营策略、组建专业
团队等,因此,必须提前关注、洞察市场动态,
并在适当的时机进入,为客户、资产的持续盈
利提供可信赖的服务。
目前,由协合运维旗下子公司飔合科技提
供交易代理服务的装机容量共计超过 600 万千
瓦,涵盖全国 5个现货连续结算运行的省份和
20 余个市场建设过程中的省份。基于自主研
发的聆风电力交易平台和数十人的专业交易团
队,我们可提供电力交易整体化解决方案、咨
询服务等,保障资产价值。
在不断变化的电力市场中,系统化地掌
握电力交易能力,是资产运营者应对挑战的第
一步。
此外,随着电力市场化不断深化,市场对
运营的需求会发生变化,具备单一的运维能力
或电力交易能力将无法满足市场的真实需求
未来的运营将是运维、交易,甚至碳资产深度
绑定的组合体。
主要原因在于,目前新能源资产的投资主
体呈现多元化趋势,包括大量的非电力行业企
业,如财务投资人、跨界投资者等。考虑到人
员组建、体系构建周期带来的高额成本,这些
企业中的大多数会选择把电站运维、电力交易
业务委托给第三方企业。然而,在实际的资产
运营过程中,运维承包商只关注发电量,交易
承包商只关注单价,目标不同导致两者即使都
能做到局部优化,整体结果也很可能远不是最
优的。
因此,电力交易会融入整个运营中,成为
资产运营必不可少的一部分。未来,市场对运
营的内容完整度、综合能力要求会变得更高。
Q一方面,新能源参与到电力市场中
要承担“长大”的责任,从而颠覆了资产运营的
逻辑 另一方面,行业高速发展过程中,技术迭
代加快,进而产生了更多的设备质量问题,您如
何看待设备可靠性与新能源运营之间的关系?
A从总体上看,近年来无论是风电机组
还是光伏电站,设备的可靠性都是越来越好
当然两者的实现路径并不相同。以风电为例
近年来的新机组,如果不存在设计、生产上比
较严重的批量缺陷,其在正常运行中的可靠性
表现总体上比早年的小机组要好很多。目前较
多的故障,如叶片、结构件的批量损坏问题看
似比较突出,但早年往往是依靠更高的冗余和
更长的产品生命周期内的多次迭代来保障质量
与可靠性,而近年来由于大兆瓦机型的更新速
度太快,单个机型的批量越来越小,产品生命
周期越来越短,迭代优化的空间越来越少,使
得批量缺陷问题显得较为突出。
这对后市场的服务带来了两种需求变化
一是对设备恢复的及时性要求比原来更高了
因为单台停运损失变大了 二是同等容量的风
电场,其机组的数量减少,单机可靠性提高
该风电场在单位时段内需要维修作业的概率也
变低了。如果设备状态评估和作业交通调度
足够智能、精准,那么无人化运行结合区域化
检修的运检模式,就可以在降低运检成本的同
时保障设备的可利用率。从某种程度上看,设
备原生的高可靠性间接促进资产运营模式的创
新,进而带来效率的提升。
Q在行业大规模发展的过程中,基于成
本、环境及智能化工具应用的考虑,现阶段以
央(国)企为代表的新能源投资者正如火如荼
地开展无人化场站建设,这会不会对第三方服
务企业带来一定挤压?
A大概在 15 年前,无人化模式下的智
能化技术在行业中出现,最早应用在电网资产
上。其后不久,国内第一个具备无人化条件的
集控中心在新能源电站得到应用。历经十余年,
智能化技术在随着新能源行业发展过程中不同
场景的需求不断迭代。
然而,现阶段国内多数无人化电站建设仍
处于试点阶段,区域之间对无人化场站的接受
程度不一,其卡点既有体制因素也有经济因素。
体制因素方面,简单地说整个电力系统可以被
2024年第09期 29
Dialogue | 对话
看成制造业中一个连续作业的生产线,生产与
消费环节之间是深度耦合的,单个细分环节如
电源的运检事实上独立性不高,其模式的变化
受到其他环节的掣肘因素很多。经济因素方面,
无人化、智能化建设在实际落地过程中表现
出的投入产出比并没有像预期的那么明确和顺
利。这里面牵涉的因素比较复杂,总的来说可
以归结为“投入”环节的各类掣肘因素,“产出”
环节的各类价格信号不明,以及两个环节之间
的各种脱节现象。而随着时间推移、行业认知
的普遍进步,以及电力体制改革的深入,这些
问题会逐步被理顺。
市场化的到来,将对所有资产运营者产生
一定的挤压和倒逼效应。比如,当 1千瓦时电
只能获得 0.15 元的收入,运维成本却占到一
半时,压力可想而知。这种显性而不可调和的
矛盾会倒逼无人化模式的演化以真正提升全行
业效率为目标推进。
Q您认为场站实施无人化管理,需要具
备哪些条件?协合运维的无人化与央(国)企
的无人化建设的契合点在哪里?
A在选择电站无人化改造的对象时,电
站本身运行的可靠性水平是首要前提。且不同
场景的无人化方案大异其趣,最根本的是要找
到人员成本和效益变动之间的平衡点。举一个
简单的例子,从运维管理视角看,风电机组大
型化使得人均运维容量提升,其带来的人员精
简和人力成本缩减,与无人化技术降本增效的
初衷一致。因此,对安装了大兆瓦风电机组的
超大型集中式项目,判断是否要改为无人化运
检模式的经济性门槛其实是很微妙的,结论很
可能是“没必要”而对于同样规模的光伏电站,
可能又是另外一套经济决策模型了。
无人化不是在探索技术,而是在探索一种
更具效率的模式。现有的技术不是瓶颈,之所
以现在尚未看到其产生效益,如前所述是由诸
多原因造成的。相信随着时间的推移和电力体
制改革的深入,情况会有所好转。
协合运维正在为这一市场需求做充分的准
备。与央(国)企合作的契合点在于,行业的
所有参与者最终都将走到真正提高效率这一条
路上来,且协合运维有能力提供成熟完整的服
务产品,也可以在分项任务上与央(国)企形
成各有优势的分工。当前,我们要做的就是把
代表未来发展趋势、先进运营模式的新能源项
目服务好,形成一整套成熟的智能化、无人化
运营体系。包括其中深度融合到运营组织管理
过程中的数字化工具、智慧化平台,在真实场
景中,积累大量的数据,再通过多轮的迭代和
优化,将智能化的工具和手段深度嵌入新能源
的整个生产运营活动中。
Q在我国新能源的累计装机容量中,分
布式的比例逐渐提高,形成了多元化、分散的
资产形态。协合运维提出的“快递式”运维模
式的思考源头是什么?
A“快递式”的运维模式是借鉴快递行业,
以成片小区为中心在方圆几公里内设置站点进
行快递配送服务,最大化地集约人员,实现降
本增效。在新能源行业,这种运营模式是由更
小、更分散的资源形态和资产形态推动形成的,
最早应用于分布式光伏,当然同样适用于分散
式风电。
从资产持续盈利和行业可持续发展来看,
现阶段,分布式资产的运营在相当一部分场景
下只能作为已建网点的边际覆盖面而存在,因
此,在线下,天然地需要区域化共享的模式来
管理,并以数字化主导整个运营过程,无论是
投资者还是运维企业都需要适应这一点。只有
当一个区域的资产规模突破一定密度时“快
递式”的运维模式才会显示其规模效应,这种
情况下或值得建设一个全新的网点专门服务该
区域的分布式资产。目前,协合运维在全国范
围内有 300 多个服务网点,覆盖 170 多个地
级市,运维人员 3000 。随着服务资产规模
的增大,协合运维将会不断扩充,放大其边际
覆盖范围。
30 风能 Wind Energy
封面故事 | Cover Story
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2024年第09期 31
创新是一门科学,有据可循,有理可依。
金风科技:
创新不是灵光一现
本刊 | 赵靓
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32 风能 Wind Energy
体系,作诗也好,作赋也罢,都能鞭辟入里
有血有肉。
满足需求是创新的根本目标
对于创新,不同的人有不同的见解。但在
近些年的风电行业,各制造商、开发商等行业
企业对于创新的理解渐渐趋同,那就是 更大
的单机容量、更长的叶片、更高的塔筒。这些
能代表风电的创新吗?陈秋华给出了肯定的回
答,这些当然可以代表风电的创新,而且是很
了不起的创新,但它们不是风电行业创新的本
质和全部。
他认为,无论是更大的单机容量,还是更
长的叶片,其本质都是为了实现客户需求,持
续创造价值。当前的风电行业,追求全生命周
期度电成本最优、机组场站可靠性不断提升
引子
宋代的陆游说 “文章本天成,妙手偶
得之。
清代的吴敬梓却说 “八股文章若做得好,
随你做甚么东西。要诗就诗,要赋就赋,都是
一鞭一条痕,一掴一掌血。
科技创新和做文章是一样的。这是笔者在
与金风科技副总裁、风电产业集团总经理陈秋
华聊了整整 2个小时“创新”之后,想明白的
一件事。
有的人认为,创新是天才的灵光一现,可
遇而不可求。
陈秋华和金风人相信,创新是一门科学
有据可循,有理可依。
在笔者看来,前者看待创新就如同陆游
相信好文章是诗仙醉酒后的神来之笔,妙手偶
得。后者就像吴敬梓相信的,学好了八股这套
Cover Story | 封面故事
2024年第09期 33
就是客户最根本的需求。因此,一切围绕这些
需求产生的新技术、新模式、新业态都是值得
称赞的创新。
创新是一门科学
“创新是一门科学”陈秋华说“要实现
有价值的创新,就需要掌握科学的方法、建立
体系的保障、搭建多元的生态。如果说方法是
通往创新的高速路,那么体系就是这条路两侧
的安全护栏,而生态则是为高速提供支撑的服
务区。
近年来,金风科技引入 TRIZ(发明问题
解决理论)。这是一套系统化的方法论,用于
帮助研发工程师以业务实际发展需求为出发
点,专注于高价值和重大创新问题,通过系统
化的方法,寻找问题的本质,并提供一系列科
学的工具和方法来解决这些问题。截至今年 6
月,累计已有近 2500 名金风人参加 TRIZ 培训,
为公司的创新驱动发展战略奠定坚实基础和注
入强大动力。
“创新必然伴随风险,金风科技通过搭建
‘五位一体’实验验证体系,确保在技术创新
的过程中,将风险控制在可接受的范围内
陈秋华谈道。
陈秋华所指的“五位一体”,是金风科技
经多年构建的“零部件级、系统总成级、数字
孪生、整机级、场网级”五位一体实验验证体系。
其中每一级实验验证都基于物理实体与数字孪
生体同步开展,并逐级闭环,最终的目标是实
现风电场网级的系统最优。
以部件级为例,金风科技的测试项目不仅
更全面,要求更严谨,测试结果也更逼真。例
如变流器测试,其测试流程涵盖了从核心零部
IGBT 的测试,到变流器环流测试,再到整
封面故事 | Cover Story
34 风能 Wind Energy
机传动实验台上的测试,直至现场样机的测试。
这一系列测试项目多达上百条,使用的传感器
也多达数百只。再如风电叶片静载测试,在既
4个方向进行静载测试之外,金风科技还
增加了多角度静载测试、超载破坏性测试、主
动制造缺陷测试等。近日,金风科技全球首支
147m 叶片一次性通过堪比“摩羯”台风级别
的静载测试,测试数据与理论预期高度吻合
让行业对 300m+ 风轮直径的海上机组拥有了
更多信心。
在整机级实验验证中,金风科技的 16MW
多自由度加载整机实验台,可全面进行各种风
况模拟及整机发电并网模拟,于地面即可全方
位模拟风电机组运行中的各种受力情况,进而
测试验证风电机组性能及可靠性。据悉,该实
验台现已升级为国内唯一可做 20MW+ 级机组
多自由度整机测试的实验平台。
“除硬件测试验证平台的保障外,金风科
技的创新体系保障,还包括一整套‘MP+IPD
管理流程。”陈秋华补充道。
金风科技早在十多年前,就开始与 IBM
华为合作,推行建设符合风电行业特点的
MP+IPD”管理流程。这使金风科技的产品
从概念、计划、开发、验证、发布直至生命周
期内各阶段所需推进的工作都有章可循,既确
保了产品符合市场需求,使研发投入精确有效,
又可实现产品高效高质量开发,在上市后也能
得到有效管理。因此,金风科技的技术创新工
作,能够稳定且有节奏地在体系中进行,而不
是盲目或无序的尝试。
“我们不仅仅在自己搞创新,也充分借助
外界力量,搭建了完善的创新生态。包括建立
海外的创新生态,在丹麦,我们有气动和机械
的创新生态,在澳大利亚做并网的创新生态
我们还建立了基于供应链体系的创新生态,充
分发挥供应商的资源,确保一个产品设计出来
后,能够匹配上适合的工艺。”陈秋华介绍:“另
外,金风科技还同复旦大学等高等院校和科研
机构,建立了创新生态,开展联合创新,并获
得了国家科技创新奖项。
客户也是金风科技创新生态中的关键一
。以 GWH252-16MW 机组的研发过程为例,
三峡作为项目的牵头方,对产品开发提出要求,
包括提供应用场景,输入需求,提供样机点位
等,而金风科技则充当“链长”角色,通过联
合攻关、技术资源共享、专项资金扶持、互相
Cover Story | 封面故事
2024年第09期 35
参股、为研发中的创新产品提前下订单等方式,
盘活一整条产业链上的资源,与各协作供应商
实现联合创新。
“当我们建好了创新的高速路,立好安全
护栏,并拥有供给充足的服务区,即便我们一
时无法抵达目标,但我们信心十足,创新成果
的实现必定水到渠成。”陈秋华总结道。
风电行业的创新方向
以满足客户需求为目的地,风电整机企
业在“创新高速路”上疾驰,必定会遇到分岔
路和指示牌。在过去的 5年间,指示牌上清
楚地写着三个字“大型化”。陆上机组的单机
封面故事 | Cover Story
36 风能 Wind Energy
容量从 3~4MW 跨越式提升到 8~10MW ;风
轮直径从 140m 增长至 210m。在陆上“抢装
潮”之后,风电开发企业对投资成本的控制
土地资源的稀缺、市场价格的快速下降成为这
一阶段的“主旋律”。机组大型化牵动了全产
业链的系统性创新,从部件到系统的创新又
反过来推动机组大型化的加速实现,使更多
区域具备风电的可开发性,满足了风电开发
企业和整机厂商共同的需求,“大型化”功不
可没。然而,这并不意味着“大型化”会继
续成为未来5年的主流创新方向。陈秋华认为,
智能化、电网友好性、可靠性和基于应用场
景的创新会在下一个行业发展阶段中汇聚关
注并迎来突破。
“早期的风电机组本身具备一定的智能化
水平,但这同基于数字化的智能化还有差距
陈秋华不久前去风电项目现场考察时发现,有
的机组旁青草已经高达半米,这使他感慨良多:
“如果我们的机组都能够实现高度智能化,就
能做到免运维。那么北方一些下雪封山的风电
项目、深远海风电项目就可以更好地解决现场
员工的工作与生活保障问题,项目的收益也会
大幅提高。
陈秋华认为,除了少人值守的运维需求外,
风电机组的智能化在应对类似“摩羯”台风一
类极端天气时,能够发挥较大作用 智能化还
可以大大提升设备运行可靠性,通过预测与预
防降低设备质量风险,充分利用机组的冗余设
计提升发电能力。
国家能源局发布的数据显示2024 年上
半年我国风电累计并网装机量占全国电力装机
总量的 15.2%,风电发电量占比达到 12.75%
随着风电装机容量的持续增长和风电发电量所
占比例的不断提高,其固有的波动性对电网构
成的挑战不容小觑。为有效应对高比例风电并
网所带来的问题,必须加大技术创新力度,以
确保电力系统的可靠性和高效性。
“风电在澳大利亚某些地区的渗透率达到
40% 以上,所以澳大利亚对于风电的并网要求
极为苛刻,只有极少数整机企业的产品可以满
足。金风科技在澳大利亚推出的构网型机组方
案得到了当地认可。”陈秋华介绍 “我们也在
澳大利亚成立了电网并网研发中心,持续推动
并网技术的创新。
金风科技是我国最早布局构网型风电机
组的整机商之一,其不仅具备了构网核心技术
100% 自主研发能力,还在业内最早实现了数
字验证、单机验证和场级示范三级验证。此外,
该公司还结合风力发电特点,开创性地提出了
分布式储能直流耦合构网型技术路线,有力支
撑新型电力系统的未来发展形态。
近两年,全球风电行业因机组故障,每年
造成大量经济损失。持续提高机组可靠性,是
全行业解决安全、成本、收益挑战的必由之路。
金风科技与湖南大学合作发起“超大容量
风电能量转换系统的高性能服役关键技术及应
用项目”,并凭借项目研究成果荣获 2023 年度
国家科学技术进步二等奖“通过此类创新项
目的推进,金风科技产品的服役机组故障率大
幅降低,因此全生命周期质量损失不断下降
机组的使用寿命也将进一步延长,这是为客户
创造的直接价值。”陈秋华进一步表示。
近期,中电联 2023 年度“优胜风电场”
评选结果出炉。数据显示,获奖项目中,使用
金风科技风电机组的装机容量近 7300 万千瓦,
占到报送项目总容量的 26.2%排名行业第一。
另外,使用金风科技风电机组的获奖风电场数
量、项目所覆盖的区域数量、年利用小时数超
3000h 的项目数量等均位列行业第一。这是
对金风科技风电机组高可靠性的最好背书。
客户的需求在哪里,创新的方向就在哪里。
创新不是炫技,不是制造一时的热点和爆款
而是深刻洞察客户的真实需求,并脚踏实地解
决问题。
对于未来的新产品规划,陈秋华透露
金风科技将主要基于产品应用场景在创新上
下功夫。海上风电方面,金风科技即将下线
20MW 风电机组,也正在推进漂浮式机组的
Cover Story | 封面故事
2024年第09期 37
研发,同时该公司还将推出海上中低风速高性
能产品。针对陆上北方“沙戈荒”与集中式场
景,金风科技将创新重点放在 8~10MW 机型
的迭代上。
随着国内风电技术的进步、产品推陈出新,
我国风电技术逐步进入“无人区”。这对接下
来的技术创新带来更大的风险和挑战。陈秋华
认为“小步快跑,持续迭代”将帮助行业在
认知与能力可控的风险范围内,不断前进。
创新破“内卷”
近年来,各行各业几乎都绕不开“内卷”
在笔者看来,本质上“内卷”是典型的零和思维。
抱怨“内卷”的人相信这个市场没有增量,一
方的收益必定意味着另一方的损失,因此宁可
“价格战”,也要挤占他人的生存空间,换
取自身的存在。然而,真的是这样吗?如果市
场增量足够大,“价格战”还会打起来吗?“内
卷”还有意义吗?
自改革开放到 2019 ,中国经济的年均
增长率超过 9%,彼时中国哪里听到过“内卷”
这个词。那么是什么带来了如此巨大的增量
是制度创新、市场机制创新、科学技术创新把
我国的 GDP 从不足 4000 亿带到近 10 亿。
如此经典的“创新破内卷”的案例,难道不值
得风电人学习吗?
在陈秋华看来,风电行业也有过创新带
来增量的高光时刻。多年前,我国通过开发
与推广低风速风电技术,使中东南部地区成
为可与“三北”比肩的重要风电市场,这完
全是技术创新所创造的风电“蛋糕”。再比如,
高塔架技术的开发与应用,使大量高切变地
区的超低风速项目得以开发,进一步证明了
技术创新在创造新市场方面的能力。同样
面对未来广阔的深远海区域,我国风电产业
链各相关环节企业,正加紧进行技术与模式
创新,努力通过产业融合与技术进步,降低
深远海风电开发成本,并有望将其打造成一
个全新的风电增量市场。
“当技术创新能够扎扎实实地为客户创造
价值,那么客户一定会愿意为其买单。比如,
如果采用某种新的技术,能够大幅提高项目
收益率,将原本不具备经济可行性的项目变
成能够开发的项目,那么这样的技术创新就
是有价值的”陈秋华进一步假设 “如果有
一项创新技术,不仅能够使项目变得可行
还能将项目收益率从 5.5% 提高到 7%,甚至
8%,那么整机商与开发商就都能够获得更高
的利润,各方不再需要通过压价来争夺市场
份额,更不必急于推出那些容量更大但技术
积累不足的产品。
除了创造新的蛋糕外,推动技术创新,还
可破解机组大型化以来积压的各种问题。比如
目前国内市场以牺牲叶片风能利用系数Cp
为代价,追求大叶轮,使风轮直径增加但发电
量反而降低,并导致叶片柔性增加、制造困难
等问题,如果不通过技术创新加以解决,那么
“大型化”的意义将不复存在。
无论是历史还是现实,无论是宏观社会还
是风电行业,事实一再证明“内卷”将把社
会和行业带入死循环,而创新产生的新增量
则是推动行业和社会螺旋式上升的根本动能。
过去,依赖“灵光一现”式的创新,经济
社会获得的创新增量难以预料,发展陷入停滞
时有发生。而今天,当创新成为一门科学,其
方向、成果可以预测,那么,经济社会的上升
动能将取之不尽用之不竭。
欢迎来到“创新平权”的新时代󾋭一个
让掌握了科学创新方法的普通人也能为社会发
展贡献智慧与力量的时代。在这个时代,创新
不是少数天才的专利,而是每个人都能参与并
推动社会进步的重要工具。更为重要的是,每
个人既是“蛋糕”的贡献者,也是“蛋糕”的
分享者。在如此良性的循环与互动之下,摆脱“内
卷”将不再是一句口号,创新破“内卷”也不
再是遥远的梦想,而是触手可及的现实。
市场 | Market
38 风能 Wind Energy
本刊|赵靓
布局远海,
低频风电技术成焦点
近年来,随着我国风电企业不断探索开发深
远海风电项目,风电输变电系统创新开始聚焦于
输电距离长且投资成本相对可控的柔性直流与低
频输电技术上。
2021 ,三峡能源江苏如东海上风电柔性
直流输电工程投运。该工程先后攻克了换流站建
造、直流海缆研发、国产化换流阀研发应用、设
备适海性设计和测试等技术难题,是国内首次将
柔性直流输电技术应用于海上风电送出领域。三
峡能源江苏如东海上风电柔性直流输电工程的海
上换流站,也成为当时全球容量最大、电压等级
最高、体积最大的海上换流站。总计 110 万千瓦
装机容量海上风电项目所生产的电能,被海上换
流站转换为直流电后,通过 1回±400kV 直流
海缆送至陆上换流站,逆变为 500kV 交流电后
接入电网。
“海上风电的交变直流转换站,平均面积相当
于一个足球场,高度相当于 15 层的居民楼,重达
2.2 万吨,运维和投资费用十分巨大。如果海上风
电项目的输电距离没有达到一定的长度,输电成
本会比较高。”有研究电力系统的专家坦言。
因此,业内正将目光投向适用于近海 50Hz
工频输电和适用于远海直流输电的中间频率上,
就使低频输电技术有了用武之地。
相比直流,海上风电低频输电系统可利用风
电机组直接输出低频电能,通过汇集系统将低频
电能传输至海上平台,并通过低频变压器升压后
经海缆线路送出,最后由陆上交交变频站将其变
换为工频汇入工频电网。由于无需建设换流站等
设施,整个输电工程的造价更低。
“总的来说,随着离岸距离越来越远,工频交
流送出越发困难,成本相应上浮。在当前产业链现
状下,直流方案成本高,需要长距离送出才有经
济性。因此,低频输电在特定送出距离情况下将
更有经济性。上海电气风电集团股份有限公司 (下
称“电气风电”)工程与技术研究院副院长曹广启
在接受《风能》采访时表示“基于现有项目执行
经验,离岸送出距离 80 公里到 170 公里左右的项
目可以考虑采用低频方案,并通过详细的专题比
选做最终的路线选择。
除了具有一定的成本优势外,柔性低频输电
采用了电压源型换流器,具备类似柔性直流输电的
Market | 市场
2024年第09期 39
柔性调控能力,如潮流灵活调节、无功补偿、电
压动态支撑等,能够实现海上风电场黑启动,可
建立系统电压 /频率,更适合于风电等新能源并网
送出、电网互联、海岛供电与互联等应用场景。
在海上风电低频输电系统中,低频风电机组
的改造与应用最为关键。
据曹广启介绍,从工频 50Hz 到低频 20Hz
需针对电气系统,如核心的变流器、变压器、开断
设备及机组自耗电电气设备等做适应性设计,与
电气设备相连接的整机系统也需要做相应的调整。
“低频风电机组设计目前没有国家标准可循
电气系统设计更要结合借鉴工频标准及低频仿真、
实物试验开展,确保电气设备的可靠。电气风电协
同国内高校、科研院所、电力科学院、成套设计方、
权威检测中心等机构共同论证,在标准空白的情
况下,突破性地实现了低频方案在海上风电的批
量产品应用”曹广启表示“低频机组不仅是低
频电气方案的突破,更是风电整机基于场景工况
统筹精细化设计。一个直观的例子是,当前低频
变压设备的重量比工频变压设备重约 1.5 倍,给整
机载荷、承载部件结构设计带来较大的难度,在
适配低频电气设计的同时,需要考虑整机设计的
最优方案。
不久前,电气风电下线了全球最大的低频海
上风电机组,单机容量达到 16MW。该机型参与
了浙江玉环 2号海上低频风电示范项目风电机组
设备竞标,并成功中标 19 台共 304MW 海上风电
机组订单。项目将于 2025 年全容量并网。
“电气风电充分调研了市场需求,分别推出了
16MW 工频机组和 16MW 低频机组,针对浙江等
高风速海域及深远海场景给出了产品和解决方案。
从整机系统结合风电场角度进行了机组设计,这
不仅是低频系统的技术实现,更达成了产品功能
和性能的最佳状态。”曹广启介绍道。
曹广启认为,电气风电低频风电机组的首个
批量项目应用,将推动低频技术产业链发展,使
其更有经济性。
目前,除大陈岛和浙江玉环 2号项目外,还
有不少项目适合采用低频输电技术。而随着远海
风电开发的逐步展开,低频输电技术的应用规模
将不断增长。并且除远海风电外,低频风电机组
还可以解决沙戈荒大基地汇集组网场景下的偏远
地区新能源消纳受限问题,从而实现海陆并举多
场景延伸。
市场 | Market
40 风能 Wind Energy
本刊|王芳
瑞科科技:精于风,不止于风
因风而起,与风同步,北京瑞科同创科
技股份有限公司(下称“瑞科科技”)的成长,
是我国风电产业从弱到强的一个企业缩影。精
于风,不止于风。瑞科科技的业务以测风测光
为原点,发展到以测风测光和咨询设计为“两
主”,以软件服务、后市场服务为“两翼”,融
入海上、海外两大板块,形成“两主两翼 +两海”
的业务格局,覆盖新能源全产业链。积水成渊,
蛟龙生焉。凭借 20 余年精耕细作的经验积累
瑞科科技服务的项目已星罗棋布,遍布全球
高质量的产品和服务赢得了市场认可,将这家
独立第三方服务商的品牌擦拭得熠熠生辉。
打好前哨战,精准测风
测风是瑞科科技发展最早的核心业务之
一。测风选址看似简单,实则利害攸关,只有
准确的风能资源观测数据,才能为风电项目的
立项和投资决策提供可靠依据,从而确保项目
的经济性和可行性。因此,风能资源观测的实
施可谓是整个风电行业的“前哨”。相比于水、
、热,风更加变幻难测。测风设备的选择
安装和操作,数据的管理,严酷的环境,都会
影响测评精度。
2022 11 ,在瑞科科技参与设计、施工
的中广核荆州测风项目中,测风塔高达 200 米,
刷新了当时我国测风塔的高度纪录。该测风塔加
ThiesKintechNRG、维萨拉等多个品牌的
测风设备,可开展多个不同高度的对比观测。场
区内安装的声雷达、激光雷达,可进行同期观测,
为风能资源观测领域的设备选型、高层数据分析
精细化评估提供有力支撑。
2024 年国庆节前夕,瑞科科技参与的张北测
西藏5500米测风塔顺利竣工
Market | 市场
2024年第09期 41
风项目顺利竣工。220 米的高度,刷新了全球测风
塔高度纪录,为新中国成立 75 周年献上一份厚礼。
与此同时,瑞科科技的测风塔还跟随风电项
目开发立于世界的最高处2024 6,西藏
5500 米超高海拔测风塔竣工,创造了瑞科科技在
测风塔建设领域的新高度。实际上,瑞科科技早
2018 年就承担了当时西藏海拔最高(4850 米)
的措美哲古风电场的微观选址与声雷达增补测风
工作。此后,瑞科科技还配合过国家第二次青藏高
原科考项目,在海拔超过 4700 米、最低气温 -50
的观测点,瑞科科技的测风数据完整度超过 95%
得到了各方的高度认可。
此外,瑞科科技测风的脚步还延伸至海上和
海外项目2015 9月,瑞科科技的首座海上测
风塔工程在福建福清建成。至今,瑞科科技已累
计完成 40 多套海上测风系统,是掌握沿海各省份、
市风能资源及水文资源数据最全、观测时间最长
数据有效性最好的单位。
2013 2,瑞科科技的首个海外测风工
程󾋭约旦 100 米测风塔顺利建成。如今,瑞科
科技已参与并负责 50 多个国家的百余个新能源
项目。
在过往十余年的测风项目实施中,瑞科科技
遇到了许多技术难题,如风速测量的精准度、传
感器的耐久性、恶劣气候条件下数据的稳定性等
为了攻克这些难题,瑞科科技不断开展技术创新
优化测风塔的设计和材料选择2018 ,瑞科科
技联合相关单位实现了国内漂浮式测风雷达国产
,并迅速形成商业化应用,率先打破行业技术
壁垒。此外,在严寒天气下采用加热型传感器以
保证测风数据的准确性,采用降塔技术降低倒塔
风险,创新预制基础缩短施工工期等,都不断满
足了业主对项目高可靠性和高效率的需求。
近几年,瑞科科技海陆测风测光项目平均每
年新增 400 多个。至今,瑞科科技已在国内外实
施完成了 4000 多座测风塔,从宏观层面全面掌握
风能资源水平。正如瑞科科技总经理宋军在接受
《风能》采访时所说 “对于国内具备风能资源开
发条件的县、乡镇,几乎都有瑞科人测风的身影。
咨询设计,做大做强
以测风测光为起点,瑞科科技逐步发展起另
一主营业务󾋭咨询设计2015 ,瑞科科技正
式组建瑞科设计院,开始在咨询设计领域大展身
手,不仅参与常规的风电、光伏,还涉足多种新型
的新能源项目,包括独立储能、风光水火储、风
光制氢、绿色算力等前沿领域。
2023 3,瑞科设计院承接了第一个沙
戈荒项目󾋭青海冷湖某 50 万千瓦风电项目,项
张北220米测风项目 内蒙古阿荣旗二期100万千瓦风电工程项目
市场 | Market
42 风能 Wind Energy
目位于柴达木盆地和罗布泊交界处。在勘测设计的
过程中,项目团队克服了高海拔、高寒、低氧、交
通不便等多重挑战,圆满完成任务。2023 年年底,
风电场成功并网发电,瑞科设计院为国家首批大型
风光基地项目在极端环境下的建设作出了贡献。
2023 9,瑞科设计院参与设计的第一个
大型独立储能电站项目󾋭大唐黄岛发电公司储能
电站成功并网发电。接到项目后,瑞科设计院组织
“精兵强将”组建团队,全体设计人员克服工期紧
任务重等多重困难和挑战,助力业主打造高效环保、
绿色智慧的精品工程。
2023 10 月,瑞科设计院承接内蒙古阿荣旗
二期 100 万千瓦风电工程项目勘察设计工作。该项
目共安装 119 8MW 以上风电机组,4220kV
升压站,配置储能 150MW/300MWh。针对项目体
量大的特点,瑞科设计院专项团队对场内道路节点
进行逐一排查,不漏掉任何细节,及时解决问题,
最终形成微观选址报告,高质量完成了踏勘任务。
2024 年,作为国能蒙东莫旗 60 万千瓦风电基
地项目的可研编制单位,为达到业主方的降本增效
目标,瑞科设计院以专业优势和经验,对比分析多
种方案,最终确定更换场址。与优化前相比,优化
后场址的外送距离大幅降低,平均风速显著提升
预计节约外送投资约 2亿元,年利用小时数提升至
300 小时以上。
目前,瑞科设计院已获得工程咨询、工程设计、
工程勘察多项相关行业甲级资质,成为国内新能源
领域为数不多的民营“三甲”设计院之一。拥有超
200 人的专业设计团队,在多个省份设立了分院
和办公室,能够为客户提供从项目规划、资源评估、
可研、勘察、设计到后评估等全方位的技术咨询和
解决方案。
2023 ,瑞科设计院新增勘察设计项目容量
超过 1000 万千瓦,尤其是在“三北”地区陆续承
接了多个百万千瓦新能源项目设计工作,彰显“硬
核”实力。至今,瑞科设计院已累积完成超过 4000
项的新能源咨询工作和近 3000 万千瓦的勘察设计
工作,项目覆盖全国各地,展现出强大的市场影响
力和技术实力。
深耕软件,提升硬实力
瑞科科技较早即布局新能源软件服务板块
2012 年公司成立之初,瑞科科技即将国外成熟的
风、光和综合能源的优秀软件引入国内,为客户提
供辅助决策的技术支持,提高了工作效率。
2021 ,瑞科软件公司正式成立,为新能源
客户提供软件研发、信息化平台建设及能源气象等
专业服务。结合多年的数据管理和处理经验,瑞科
软件开发出集资产管理、监控、数据处理、分析和
共享为一体的明星产品󾋭Easydata 新能源数据
资产管理系统。该平台可推算项目的投资收益情况,
轻松完成上千座测风测光站点的百万条数据管理
还能够应对日益复杂的电力交易。这也为我国风电
软件的国产化作出了贡献。
2024 年,瑞科科技在软件业务中引入海上元素,
对海上的风、水文数据进行深入挖掘,计划开发具
有国内领先水平的海上风电场工程工期计划管理平
台及海上风电长运维计划自动排布系统,为海上风
电场的“竞价时代”提供降本增效的解决策略及产品。
目前,瑞科软件已经涵盖了从代理软件、自研
产品、定制化软件,到帮助新能源企业搭建完整的
信息化体系,覆盖了从资源数据、测风数据资产管
理、新能源场站设计辅助、施工窗口期预测,到生
产运维期的数据采集和集控系统,功率预测、电力
交易、能源气象预测等系统。
布局后市场,扩大服务范围
截至 2023 年年底,中国风电累计装机容量约
4.4 亿千瓦,后市场业务规模进一步扩大,带来更
多的机遇。作为风电行业的重要参与者,瑞科科技
积极在后市场领域提前布局,并于 2019 年成立了
全资子公司󾋭北京瑞科恒能科技有限公司(下称
“瑞科恒能”
在基础运维业务方面,瑞科恒能负责运维的新
能源场站数量超过 20 个,总装机容量突破 200 万千
。在产品与服务创新方面,瑞科恒能推出了适应
市场需求的多种技改方案和产品,包括叶片防覆冰
Market | 市场
2024年第09期 43
技改、变桨及主控系统国产化改造、变流系统过温
及除湿治理、偏航系统噪声及渗漏油技改、线路防
雷技改、油品国产化等一系列创新产品和服务。
2023 年国庆节前夕,瑞科恒能接到客户通
知,河南某项目出现风电叶片断裂。经过现场勘察,
瑞科恒能叶片技术部当天即出具维修方案,随后
对现场叶片维修工程师进行技能培训和方案讲解,
交付团队对维修内容进行部署安排,对技术质量
进行把控。此次技改共涉及 58 道工序,71 个质量
管控点,团队仅用 7天时间即完成叶片修复,赢
得了客户的赞许。
创建至今,瑞科恒能已经搭建起全面系统的
新能源后市场业务资源平台,能够提供系统解决
方案。凭借过硬的实力,该公司成功入选国家级“高
新技术企业”、北京市“科技型中小企业”
实施“两海战略”,拓展新市场
随着“十三五”国家能源战略的实施,沿海
省市加快了海上风电规划及布局。据此,瑞科科
技于 2023 年将“两海战略”正式纳入公司集团化
发展战略中。
在此战略指引下,瑞科科技逐渐形成了海上前
期测风测光,中期海洋水文气象保障及工期优化软
件服务,后期海上风电机组及升压站等设备定检与
技改、海洋工程服务等一体化服务体系,旨在为客
户提供精细化海上风电数据 +服务的业务产品,为国
内海上风电的降本增效提供更优质服务。近期,瑞科
科技成功中标国内某海上风电场 41 台风电机组的技
改项目,其在海上风电领域的影响力进一步提升。
近年来,中国新能源行业的技术水平不断提升
行业经验持续积累,以各大发电企业及设备厂家为
代表的中资企业积极开拓海外市场。在此背景下
瑞科科技围绕国际业务制定了“搭船出海”的基础
战略,发挥团队的行业经验及技术优势,与各大中
资企业协同“出海”
服务风电以来,瑞科科技的管理团队从未间断对
国际市场的关注和参与,积累了大量的国际项目经验。
2023 ,瑞科科技成立国际事业部,统筹管理国际
业务,并在东南亚、北美、南美、澳大利亚、中北亚
设立了子公司和代表处,加大属地化力度,提升海外
项目履约能力,为海外新能源项目提供优质技术服务。
近年来,瑞科科技已圆满完成哈萨克斯坦某
5万千瓦风电项目的地勘测绘、微观选址、可研编
制和配套储能项目可研报告 孟加拉国 70 万千瓦
光伏项目的勘察设计工作 柬埔寨全境规划及多个
风电项目的可研报告,总装机容量逾 400 万千瓦
巴西某 27.5 万千瓦风电项目的收购可研报告,等
。至今,瑞科科技已完成海外咨询可研类项目
80 余个,勘察设计类项目十余个,足迹遍布全球
50 多个国家和地区。
随风而行,打造瑞科名片
艰难困苦,玉汝于成。上山下海渡重洋,风电
走到哪里,瑞科科技的服务就跟随到哪里。一次次
的磨砺,锻造出瑞科科技过硬的技术能力,也塑造
着瑞科人的意志品质。
2020 年碳达峰碳中和目标的提出,为新能源的
发展指明了方向,风、光将扛起实现双碳目标的大旗。
“能够得到国家政策如此长周期的支持,新能源是值
得创业者干一辈子的伟大事业。宋军向《风能》表示,
“未来,在国内构建以新能源为主体的新型电力系统
的浪潮中,瑞科科技将继续放眼全球,与广大业界
同仁一起,打造新能源行业的中国名片。
浙江省某漂浮式雷达测风项目
调研 Survey
44 风能 Wind Energy
本刊|夏云峰
2024年上半年
德国风电新增装机1685MW
近日,德国咨询机构 Deutsche
WindGuard GmbH 相继发布2024
年上半年德国陆上风能开发现
》( Status of Onshore Wind Energy
Development in Germany-First Half of
2024)和《2024 年上半年德国海上风
能开发现状》Status of Offshore Wind
Energy Development in Germany-First
Half of 2024)两份报告,全面梳理了
16月德国风电发展情况。2024 年上
半年,德国风电新增装机 1685MW
截至 2024 6月底,德国风电累计
装机容量达到 70775MW
陆上风电新增装机1308MW
统计期内,德国共有250 台陆
上风电机组实现并网,装机容量为
1308MW,较 2023 年同期下降 19%
16月,德国共有 277 台陆上风电机
组退役,装机容量为 379MW。这意
味着,2024 年上半年德国陆上风电净
新增装机 929MW
值得注意的是277 台退役陆上
风电机组的平均运行年限为 22 年。它
们中的很多机组得以换新,即用性能
更先进的新机型取而代之16月,
德国共有 68 台陆上风电机组完成换
,容量为 377MW,占陆上风电全
部新增装机容量的 28.8%
截至 2024 6月底,德国共有
28611 台在运陆上风电机组,累计装
机容量达到 61917MW,较 2023 年同
期增长 1.5%
从各州的陆上风电新增装机容量
来看,北莱茵 -威斯特伐利亚高居榜
首,达到 298MW下萨克森紧随其后,
296MW 石勒苏益格 -荷尔斯泰
因位居第三,为 247MW 勃兰登堡
与萨克森 -安哈尔特旗鼓相当,分别
138MW 136MW 其他州均不
100MW,包括黑森的 57MW、莱
茵兰 -普法尔茨的 42MW、梅克伦堡 -
前波美拉尼亚的 39MW、巴登 -符腾
堡的 29MW、巴伐利亚的 21MW、萨
克森的 6MW。就累计装机容量而言
下萨克森最多,达到 12661MW,占
全国的20.4% 勃兰登堡与石勒苏
益格 -荷尔斯泰因十分接近,分别为
8783MW 8720MW 紧随其后的
是北莱茵 -威斯特伐利亚7413MW)、
萨克森 -安哈尔特5423MW、莱茵
-普法尔茨4022MW、梅克伦
-前波美拉尼亚3761MW、巴伐
Survey 调研
2024年第09期 45
图1 1995—2024年上半年德国陆上风电装机容量走势
图2 2009—2024年上半年德国海上风电装机容量走势及未来趋势预测
调研 Survey
46 风能 Wind Energy
利亚(2653MW黑森(2591MW)、
图林根1820MW、巴登-符腾堡
1820MW、萨克森1361MW)、
萨尔(545MW、不来梅(203MW)、
汉堡(125MW、柏林(17MW)。
在关键技术参数方面,2024 年上
半年新安装陆上风电机组的平均单机
容量为 5231kW,较 2023 年同期提
9% 平均风轮直径为 149m,同比
增长 6% 平均叶尖高度为 218m,同
比增长 6% 平均轮毂高度为 144m
同比增长 6%
德国分别于2月和5月举行过
两轮陆上风电招标,中标容量合计
4175MW,创下历史新高。两轮招标
的平均中标电价为 7.33 欧分 /千瓦时
(约合人民币 0.58 /千瓦时)
16月,德国境内的在运陆上风
电机组共发电 60TWh,较 2023 年同
期增长 5%,占全国总发电量的 27%
是德国最重要的电力来源。2024 年上
半年,德国陆上风电的平均月度市场
电价保持在 4.8~6.5 欧分 /千瓦时,成
交量加权平均月度市场电价(volume-
weighted average monthly market
value)为 5.71 欧分 /千瓦时,同比下
25%
海上风电新增装机377MW
16,德国共有36 台海
上风电机组实现并网,装机容量为
377MW。其间,有78 台在运海上
风电机组完成升级改造,装机容量为
16MW。另有 25 台海上风电机组完成
了安装,但尚未并网发电。此外,还
新安装了 73 个海上风电机组基础。
截至 2024 6月底,德国海域
共投运了 1602 台海上风电机组,累计
装机容量达到 8858MW。有 25 台海
上风电机组已完成安装,但尚未并网
发电。另有 95 个基础仍在等待安装风
电机组。
《德国海上风能法案》German
Offshore Wind Energy Act)确定了德
国海上风电的扩张目标 2030 年,
累计并网装机容量不低于 30GW,到
2035 年不低于40GW,到2045
至少达到 70GW。根据德国联邦海事
和水文局Federal Maritime and
Hydrographic Agency)的计划,到
2035 年该国海上风电累计并网装机容
量有望达到 50GW。为了实现目标
德国联邦海事和水文局在场址开发计
划(Site Development Plan)中持续
更新未来扩张所需的区域。
16,德国在北海新增海
上风电装机196MW,波罗的海为
181MW。接下来,德国海上风电新
增装机容量将主要来自北海,尤其是
北海专属经济区EEZ。截至 2024
6月底,德国已并网海上风电机组
主要分布于北海,累计装机容量达到
7322MW,波罗的海仅有 1535MW
其中的 8.3GW 装机分布在北海和波罗
的海的德国专属经济区中,领海只贡
献了 0.5GW 装机。
就各州的海上风电累计装机
容量而言,下萨克森最多,达到
5187MW 石勒苏益格 -荷尔斯泰因
居于次席,为 2135MW 梅克伦堡 -
前波美拉尼亚位居第三,为 1535MW
截至2024 6月底,德国共有
29 个海上风电项目实现全容量并网
Gode Wind 3Baltic Eagle 海上风电
场有望在 2024 年年底完成并网。在这
两个项目中,风电机组基础安装工作已
2023 年完成,风电机组吊装工作则
2024 年年初启动,其中的许多风电
机组已经投运。在 Borkum Riffgrund
3海上风电场中,风电机组基础安装
工作于 2023 年年底启动,并持续到
2024 年上半年,并完成了首台风电机
组的吊装工作。在 EnBW He Dreiht
海上风电场中,首个风电机组基础的
安装工作已于 2024 5月启动。2024
年春季,Windanker NC 1-4 海上风
电项目作出了最终投资决策(FID)。
在关键技术参数方面2024
上半年投运的海上风电机组的平均单
机容量为 10.5MW,平均风轮直径为
186m,平均轮毂高度为 116m。截至
2024 6月底,德国全部在运海上风
电机组的平均单机容量为 5.5MW,平
均风轮直径为 135m,平均轮毂高度
96m
2024 年上半年实现部分风电
机组并网的海上风电项目的平均水深
达到 39m,平均离岸距离为 62km
在建项目的平均水深为 35m,平均离
岸距离为 91km。截 2024 6月底,
德国多数已建海上风电项目位于水深
超过 20m、离岸距离超过 40km 的海
,仅有少数项目建在靠近海岸的浅
水区,部分项目则处于水深超过 44m
离岸距离超过 120km 的专属经济区
全部已建海上风电项目的平均水深为
31m,平均离岸距离为 70km
2024 年前 6个月,德国在运海
上风电机组共发电 13.8TWh,占全
国总发电量的6.3%。其中1月为
海上风电发电量最高的月份,超过
3TWh 5月的海上风电发电量最低
1.5TWh16,德国海上风电
的月度市场电价保持在 5.29~7.14
/千瓦时,成交量加权平均月度市
场电价为 6.07 欧分 /千瓦时。
Survey 调研
2024年第09期 47
国际 International
48 风能 Wind Energy
近日,美国《圣地亚哥时报》Times
of Sandiego)刊文称,根据斯坦福大
学(Stanford University)工程学教
授马克 ·雅各布森Mark Jacobson
的追踪,2024 年以来,美国加利福尼
亚州达到了一个里程碑󾋭每天至少
有一部分时间完全使用可再生能源电
力的天数达到 100 天。
100% 使用可再生能源正变得越
来越普遍。今年 55,风电、水
电和太阳能发电量在当天的大部分时
间里达到了需求的 160% 以上。”雅各
布森说728 ,实现了加利福
尼亚州在 144 天内,第 100 天同一阶
段全部电力来自可再生能源,持续时
间从 5分钟到 10 多个小时不等。
值得提及的是,该州在达到这一
里程碑的期间,包括了当地有记录以
来最热的 7,对空调等设备的使用
需求增多,但并没有出现以往频繁出
现的停电和紧急断电现象。
根据能源专家的说法,这一进步
很大程度上归功于对电网基础设施的
大量公共和私人投资“近年来,加
利福尼亚州对电网进行了前所未有的
投资,这些投资正在获得回报”加
利福尼亚州州长加文 ·森(Gavin
Newsom在一份声明中表示,“现在,
我们的电网不仅更可靠、更有弹性
而且越来越多地使用 100% 的可再生
能源电力。
新政策
根据加利福尼亚州的法律,到
2030 年,可再生能源在该州的电力供
应中需占 60%,到 2045 ,这一比
例将提高到 100%。在这样的背景下
加利福尼亚州公用事业委员会Public
Utilities Commission)对费率结构
进行了全面改革,推出了一套备受争
议的新计费系统。
可再生能源提案󾋭一套内部称
“加利福尼亚制造”California
Made)的方案,旨在寻求为加利福尼
亚州的建筑项目及其组成部分提供激
,将创造税收抵免,简化地方和州
的许可,并改变一些项目的环境审查
方式。
根据另一项提议,加利福尼亚州
政府官员将进行一项“总体”环境评
,通过全面的分析,解决排放和累
积影响等主要问题。此外,还有专门
针对海上风电项目和其他可再生能源
项目的提案,将通过创建一个“一站式”
系统来整合申请、听证和决策,从而
提高许可程序流程效率。
本刊 | 叶无极
加利福尼亚州
能否实现可再生能源发展目标?
International 国际
2024年第09期 49
1: 来源:麻省理工学院能源与环境政策研究中心
图1 美国《通胀削减法案》(Ination Reduction Act)颁布两年,各州的实际清洁能源投资总额(单位:美元)1
目前,加利福尼亚州的民主党议
员已经与环保组织、行业机构、游说
者和其他利益相关方分享了拟定中的
新草案,正在与州长加文 ·纽森就细
节进行谈判。与此同时,在过去的 10
年里,该州的电费几乎翻了一番。纽
森的团队正在制定单独的立法提案
旨在让更多加利福尼亚州用户负担得
起电费。
能源专家、美国劳伦斯利弗莫尔
国家实验室Lawrence Livermore
National Lab)政府和对外事务高级
主管史蒂文 ·伦(Steven Bohlen
查阅了拟议的立法,他认为“这些提
议解决了许多问题,并朝着‘正确的
方向’前进。不过,该法案仍然没有
要求政府机构在一定时间内作出反应,
或者在申请人提交所有适当资料的情
况下,将整个过程限制在一定时间内
完成。这意味着,程序‘精简’可能
依然会是一个漫长的过程。
同样需要注意的是,即便加利福
尼亚州政府仍在喋喋不休地表示要结
束对天然气和核能的依赖,但由于担
心再次发生 2020 年那样的紧急滚动停
,纽森和立法机构在 2022 年允许
部分本应关闭的天然气工厂继续运营,
Diablo Canyon 核电站将继续运营
而太平洋天然气和电力公司Pacific
Gas & Electric)将寻求联邦政府的
许可,在 2025 年之后继续运营。
新挑战
“预计 2024 年风电、太阳能光伏
发电量将在美国历史上首次超过煤炭
发电量。可再生能源正在迅速发展
并对发电作出了巨大贡献”美国能
源情报署EIA)署长约瑟夫 ·德卡
洛里斯Joseph DeCarolis)说道
不过,天然气仍是该国最大的电力来
,即便将范围缩小到加利福尼亚州
一地,要终止化石燃料发电还有很长
的路要走。
这使得加利福尼亚州面临着双重
国际 International
50 风能 Wind Energy
挑战,一方面要满足法律规定的可再
生能源发展目标,另一方面要解决位
居美国最高水平的能源账单。
负责管理电网的加利福尼亚州独立
系统运营商California Independent
System Operator)首席执行官埃利奥
·迈因策尔(Elliot Mainzer给出的
数据显示,自 2022 9月以来,该
州电网新增近 1160 万千瓦的清洁能
。这足以为大约 900 万到 1200
户家庭供电。同年,加利福尼亚州超
过一半的电力来自风电、太阳能光伏
以及其他可再生能源和核能36%
自天然气发电厂。
随着加利福尼亚州进一步加大对
可再生能源的使用,提高电网可靠性
是亟待解决的问题。这在一定程度上
是因为,当地出现的野火和冬季风暴
等不可预测的事件会造成停电,而在
炎热的夏季,居民对使用空调的需求
大幅增加,给电力的供应带来不小压
力。2020 8,加利福尼亚州经
历了近 20 年来的首次非野火停电
2022 8月底和 9月,一场严重的高
温天气迫使监管机构要求消费者自愿
减少电力的使用长达 10 天。
“电池是‘改变局面’的重要环节。
迈因策尔解释说,“大型商业设施的电
池电力在 7月的热浪中证明了它的价
。这对于规划和演练各种紧急情况
也大有帮助。
事实上,加利福尼亚州严重依赖
(可使用 4个小时的)锂离子电池。这
些电池主要用于大型集中式发电设施和
与太阳能项目配套的混合设施。加利福
尼亚州目前的电池产能超过 1000 万千
瓦,是中国以外最大的电池供应地。
加利福尼亚州能源委员会
California Energy Commission
成员西瓦 ·冈达(Siva Gunda)表示,
“到 2045 年,加利福尼亚州可能需要
将其发电能力提高 1倍以上,以实现
100% 使用清洁能源的目标。为此
加利福尼亚州计划每年建设约 600
万千瓦至 800 万千瓦的新能源项目
该州在 2023 年新增电力装机容量超
600 万千瓦,创历史新高”他同
时指出,委员会正在密切关注人工智
能技术带来的影响。该技术使用的大
型数据中心对电力的需求很大“我
们正在仔细确认具体的负荷增长会出
现在哪些地方。
新产业
加利福尼亚州政府和私人投资
者的一大目标是创建一个全新的产
业󾋭漂浮式海上风电。根据该州的
蓝图设想,预计到 2045 年,漂浮式
海上风电将能够生产加利福尼亚州
13% 的电力,足以为 2500 万户家庭
供电。漂浮式海上风电被认为是实现
该州 100% 零碳能源电气化宏伟目标
的关键。
然而,不可否认的是,加利福尼
亚州需要从零开始打造海上风电产业。
这涉及建立一个新的制造基地,健全
可靠的供应链,陆上和海上交通网络
为制造、组装和维护大型海上平台而
专门配置的港口,寻找和培训高度专
业化的劳动力,在没有输电网络的地
方建立一个大型输电网络,并加强现
有的输电网络。
对此,加利福尼亚州能源委员
会主席大卫·霍克希尔德David
Hochschild)称,这是他“参与过的
最复杂的规划之一”。实际上,这种复
杂性已经从 3500 页公众评论的战
略计划书上反映出来。
该文件涉及 10 个州机构、地方
和部落政府的协调,这些机构的管辖
权重叠,有时还会有冲突的优先事项
其广度反映了设想中的海上风电规模
和范围。有加利福尼亚州官员表示
发展海上风电需要该州展示出前所未
有的规划和政策发展水平。
根据该计划,到 2045 ,加利
福尼亚州沿海将需要 16 个大型港口和
10 个小型港口,用于发展和支持海上
风电产业。加利福尼亚州能源委员会
的计划估计,仅升级当地港口的工作
就将耗资 110 亿~120 亿美元(约合
人民币 782 亿~852 亿元),其中的大
部分资金需要由政府提供。在该计划
,已将洪堡Humboldt)港、长
滩(Long Beach)港和洛杉矶Los
Angeles)港确定为海上风电运营所需
的可行港口。
另一个紧迫的挑战是将电力输
送到岸上并分配给用户的复杂工作。
报告中显示,这是洪堡地区面临的
最大挑战,因为该地区的输电网络
非常脆弱。
现阶段,美国联邦政府拍卖了
位于洪堡和莫罗湾附近 583 平方英
(约合 1509 平方千米)深海海域
的海上风电场租约。这些地区离岸约
32km,预计拥有 4500 万千瓦的发电
潜力。然而,根据加利福尼亚州能源
委员会的说法,按照目前联邦、州和
地方的项目审查程序,海上风电设施
的环境和许可审查可能需要 10 年以
上才能完成。
“没有其他什么神奇的新技术被开
发出来。”雅各布森给出的答案是,“对
于海上风电,我们现在最需要做的就
是尽快开发。
International 国际
2024年第09期 51
52 风能 Wind Energy
Industry
Technology
2024年第09期 53
产业
技术
54
60
基于加权投票融
合模型的风电机
组主轴承故障诊
断方法
《中华人民共和国可再生能源法》主要政策制度研究(下)
基于频率法的风电
机组混塔索力识别
影响因素分析
不同开放时间对
胶粘剂剪切性能
的影响研究
基于平原地区的
风电场风能资源
分析方法与综合
评价研究
新能源场站接地
变压器保护配置
研究
产业 | Industry
54 风能 Wind Energy
《中华人民共和国可再生能源法》主要
政策制度研究(下)
| 董秀芬
二、配额制(消纳权重)和绿色证书制度
(一)国际配额制和绿色证书制度
配额制是国际上开发利用可再生能源比较成功的政策
经验,其初衷是鼓励可再生能源在不同地区发展,政府引
导或强制规定可再生能源在电力生产或消费中需要达到一
定比例,具体比例由各国根据自身的必要性和可行性确定
并通过阶段性递增直到达到目标。配额制实施的关键在于
明确具体的承担义务主体。从国际经验来看,可以是发电商、
电力零售商,也可以是电力消费者。被纳入配额制范围的
可再生能源一般为开发潜力较大且需政策扶持的能源,也
可以对范围较大的可再生能源进行分级,并规定各级比例。
总体来看,配额制的管理内容主要包括 合格可再生
能源品种的确定,可再生能源发电配额数量(或比例)的
确定,达到规定数量(或比例)的期限和持续时间的确定,
配额实施义务主体的确定及各主体对所规定数量(或比例)
的接受程度,保障配额信用证书交易系统正常运行的规定
以及对完成配额者的奖励和对未完成配额者的惩罚规定等。
在国际上,建立可再生能源配额制比较典型的国家有
美国、英国、丹麦等。美国在 1978 年出台的《公用事业管
理法》中明确了各州可自行制订可再生能源配额制2021
,美国已有 29 个州和华盛顿特区制定了配额制,且通
过州立法方式将可再生能源配额分配给义务者,配额制已
成为美国推动可再生能源发展的核心政策,目前各州的法
律仍处于活跃之中。欧盟由欧洲议会颁布可再生能源法令
为成员国设定可再生能源发电占比指标,欧洲“Fit for 55”
计划将欧盟到 2030 年的可再生能源发电占比目标提升到
45%。英国、意大利和丹麦是推进配额制较早的国家,但
英国的可再生能源义务制度已被差价合约机制替代。美国
部分州和全球部分国家配额制设计情况见表 3。
实施配额制的国家和地区的经验 一是多数国家通过
法律形式对配额制进行确立。二是各国对合格的配额品种
范围界定各不相同,普遍包括可再生能源,多数包括所有
可再生能源及各种类型的能源,个别排除大型水电和抽水
蓄能。三是各国对配额制承担义务人的设定存在差别,多
数是电力零售商或电力消费者,部分是发电企业。四是各
国普遍配以证书交易制度,但对项目实施期限及证书交易
相关期限的设定略有差异。此外,违反配额制的处罚措施
各有不同。
在国际上,可再生能源绿色证书通常被认为是可再生
能源配额制的有机组成部分,是为了便于配额义务主体履
行其应当承担的发展可再生能源配额义务而设计的一种具
有灵活性的制度,这种政策工具已经成为发展可再生能源
配额制度的有效方式。采取配额制的国家几乎都或早或晚
采用了绿色证书制度。绿色证书为配额义务主体完成配额
义务提供了一种替代选择方案。
配额义务人的可再生能源义务最终表现为必须持有的
可再生能源证书数量。义务主体既可以自己生产可再生能
,也可以通过买入可再生能源证书,或者二者并举履行
义务。
(二)中国消纳权重和绿色证书制度
1. 中国可再生能源消纳权重制度
当前,中国尚未建立起类似欧美国家的可再生能源配
额制。但从实际政策效果来看,正在实施的可再生能源消
纳权重制度、全额保障性收购制度及绿色证书制度,兼具
国际上配额制的功能,并从不同角度发挥着相应功能。
2019 ,国家发展改革委、国家能源局印发《关于
Industry | 产业
2024年第09期 55
表3 美国部分州和全球部分国家配额制设计细节
家/州 目标 义务人 符合条件的能源 灵活性 处罚
美国加利
福尼亚州
2030 年将可再生能源配额
提高到 60%,2045 年提高到
100%
电力零售商 供电、供热、供气等形式
证书交易;证书储蓄 2
年有效;互联网跟踪系
统;3 个月宽限期;面值
1000kWh
美国得克
萨斯州
2001—2008 年,每 2 年分
别新增 400MW、450MW、
550MW 600MW,维持累
计新增 2000MW 2019
电力零售商
供电、供热、供气等形式;限
1999 9 月后新投产的能
源,包括离网可再生能源
证书交易;证书储蓄 2
有效;基于互联网的证书
跟踪系统3 个月宽限期;
证书面值 1000kWh
0.05 美元 / 千瓦
时(约合人民币
0.35/ 千瓦时)
或证书均价 2
除以 1000
澳大利亚
2001—2010 年新增发电量逐
年增加,到 2010 年累计新增
发电量达到 9500GWh,并一
直维持到 2020
超过 100MW
(趸)售商
电、热、气形式;生物质废弃
能源、太阳能热水器、抽水蓄
能发电;限于 1997 1 月后
投产的能源,包括离网能源
证书交易;3 年宽限期,
罚款先交,证书补齐后退
还;证书储蓄,不限有效
期;证书面值 1000kWh
0.04 澳元 / 千瓦
时(约合人民币
0.19/ 千瓦时)
英国
2003 年占传统电力发电
量的 5%,并逐步增加,到
2020 年达到 10%,维持到
2025
电力零售商 仅可再生能源电力形式;排除
大于 10MW 的水电
证书交易;证书储蓄不限
有效期
0.03 英镑 / 千瓦
时(约合人民币
0.28/ 千瓦时)
意大利 2003—2010 年,每年可再生
能源电力比重占传统电力 2%
超过 100GWh
电厂
电力形式;包括热电联产,排
除抽蓄;限于 1999 4 月后
新投产的能源;仅限并网能源
证书交易;证书价格太高
时,电网公司出售虚拟证
书;证书面值 10000kWh
拒绝入网资格可
处罚
荷兰 2010年占总能源消费的 5%,
2020 年达到 10% 发电商
电、热、气等形式;排除非有
机垃圾能源和工业热泵;包括
既有和新投产能源;仅限并网
能源
证书交易 失去减税待遇并
考虑罚款
丹麦 2003 年占电力消费的 20%,
2030 年为 50% 终端消费者
仅电力形式;排除垃圾发电和
大于 10MW 的水电;过渡期
内限于新投产能源;仅限并网
能源
证书交易;证书储蓄不限
有效期;3 个月宽限期
0.27 丹麦克朗 /
千瓦时(约合
人民币 0.26 /
千瓦时)
建立健全可再生能源电力消纳保障机制的通知》,明确了国
家建立可再生能源电力消纳责任权重制度,各省能源主管
部门承担消纳责任权重落实责任,售电公司和电力用户协
同承担消纳责任,电力企业承担经营区的电网消纳责任
2019 年以后,国家于每年 3 月下达各省份可再生能源消纳
权重。消纳权重制度主要体现在以下内容
省级可再生能源消纳权重制度主要包括可再生能源总
量消纳权重和非水可再生能源消纳权重。满足总量消纳权
重的可再生能源包括所有可再生发电种类,满足非水权重
责任的不包括大型水电。对各省级行政区域规定应达到的
最低消纳责任权重,超过最低消纳责任权重一定幅度确定
激励性消纳权重。省级消纳权重的实施主体是地方政府和
产业 | Industry
56 风能 Wind Energy
区域电网公司。
省级可再生能源消纳权重的实施主体确定为售电企业
和电力用户。第一类市场主体为各类直接向电力用户供售
电的电网企业、独立售电公司、拥有配电网运营权的售电
公司 第二类市场主体是通过电力批发市场购电的电力用
户和拥有自备电厂的企业。第一类主体承担与其年用电量
相对应的消纳量,第二类主体承担与其年用电量相对应的
消纳量。
实施主体对消纳量的交易平衡方式有两种。消纳权重
的市场主体以实际消纳可再生能源电量为主要方式完成消
纳量,不足时可用以下方式补充完成 一是按照义务责任
要求认购可再生能源绿色电力证书,绿色证书对应的可再
生能源电量等量记为消纳量 二是向超额完成年度消纳量
的市场主体购买其超额消纳量,双方自主确定转让价格
省级电力交易机构主要负责承担市场主体的消纳账户设立、
消纳量核算及转让、消纳量监测统计工作。
2019 年起,消纳权重制度已经执行 5 年。总体来看,
初步建立了适合中国特色的消纳权重制度,地方和电网企
业的消纳责任感有了显著提高。但由于市场主体未予真正
明确、绿色电力证书未予配套等原因,消纳权重政策尚未
真正落地,实施效果也并不明显。
2. 中国可再生能源绿色证书制度
绿色证书制度是消纳权重制度、全额保障性收购的一
项配套制度,也是可再生能源实现生态环境价值的一项特
有制度。绿证的作用机理是在绿电生产与消费之间、绿电
消费与产品增值之间,通过一定的市场规则设计,形成可
以实现量价转化的有机链条,对绿色电力生产和消费的环
境效益进行赋值,并实现全社会的生态环境效益。
2023 年,国家发展发展委、财政部、国家能源局印发《关
于做好可再生能源绿色电力证书全覆盖工作促进可再生能
源电力消费的通知》,初步建立了绿色电力证书制度,明确
绿色证书是我国可再生能源电量环境属性的唯一证明,明
确可再生能源电力生产、消费的唯一凭证。
2024 4 ,国家发展改革委、财政部、国家能源局
印发《关于可再生能源绿色电力证书核发和交易规则(征
求意见稿)的通知》,进一步明确了绿证范围、权属关系
绿证账户、绿证核发、交易及划转等内容。绿证的价值
通过参与可再生能源电力消费核算、电力消费认证、绿证
绿电市场交易等方式来实现。国家对符合条件的可再生能
源电量核发绿证,每个绿证对应 1000 千瓦时电量。
目前,中国对除常规水电外的所有可再生能源上网电
量核发可交易绿证,对常规水电项目暂不核发可交易绿证
2023 1 月以后投产的完全市场化的常规水电项目,核
发可交易绿证。
绿证可与电力交易同时进行,相应绿证由核发机构批
量推送到电力交易机构,电力交易机构按照交易合同或双
边协调约定将绿证随绿电一同交易,交易合同中分别明确
绿证和物理电量的交易量和交易价格,实现绿证与绿电交
易尽可能统一实施。社会用能单位是绿证的主要购买方。
(三)中国消纳权重和绿色证书制度的问题及完善
1. 中国消纳权重制度的问题及完善
中国消纳权重制度存在的问题 一是尚未将可再生能
源消纳权重制度上升为法律制度。目前主要是在国家规划
上提出国家层面的目标,在国家政策文件中明确省级可再
生能源消纳权重,仅可以发挥指导作用,法律执行效力还
不足。二是省级能源消纳权重尚未明确真正实施主体。目
,省级可再生能源及非水可再生能源消纳权重由省级政
府联合地方电网公司实施,主要是通过行政方式解决可再
生能源消纳问题。但真正实施主体是供售电企业或电力用
,尚未明确具体分解责任和义务。三是国家尚未建立消
纳权重实施与绿证制的衔接机制。在配额制实施主体任务
不明确的情况下,无法实现配额实施主体与绿证交易的有
效衔接,导致绿证“发放有余,购买不足”的现象,也尚
未建立消纳权重与绿证衔接的激励或处罚政策。
建议 《中华人民共和国可再生能源法》修订时
将可再生能源消纳权重和绿证作为一项基本制度。一是将
建立国家及省级可再生能源消纳权重、非水可再生能源消
纳权重制度上升为法律,并在《中华人民共和国可再生能
源法》中予以明确。二是将省级人民政府负责建立本级可
再生能源消纳权重实施制度,供电公司、售电公司或电力
用户作为消纳权重的实施主体,并在《中华人民共和国可
再生能源法》中予以明确。三是建立可再生能源消纳权重
实施与绿证衔接机制,并将其纳入到《中华人民共和国可
再生能源法》的相关条款中。四是建立消纳权重、全额保
障性收购、绿色证书相衔接的激励或处罚政策,对完成消
纳权重较好或超过消纳权重的企业,可实施绿证优惠购买
价格激励,对未完成消纳权重的企业,可实施加倍绿证购
买价格惩罚等。
Industry | 产业
2024年第09期 57
2. 中国绿色证书制度的问题及完善
中国绿色证书制度面临以下几个问题 一是绿色证书
制度设计与消纳权重义务主体设计不配套。二是存量大型
水电的可交易政策还需完善。目前,国家对绿色证书的核
定虽然实现了全覆盖,但对存量大型水电定位为暂时不可
交易绿证。从国家对绿色电力的长期需要来看,大型水电
在未来一段时间内仍在绿色电力中占据重要地位,大型水
电纳入绿证交易范围是国家绿色经济战略及市场所需。
建议 待国家绿色证书制度完善并实施一段时间后,及
时研究将大型水电纳入绿色证书交易范围的可行性,以及适
合大型水电的绿色交易政策,可在具体交易环节、交易价格
等方面区别于其他新能源,制定适应大型水电的交易政策。
三、全额保障性收购制度与市场化交易
全额保障性收购制度是《中华人民共和国可再生能源
法》设计的一项重要制度,在中国新能源发展初期,在固
定上网电价、电价附加等政策加持下,有效地保护了可再
生能源企业利益,极大地促进了可再生能源发展,使可再
生能源进入无补贴时代,并逐步进入电力市场,较好地完
成了历史使命。当新能源进入市场后,在电力系统中的比
例不断扩大,其面临的主要问题是电网消纳问题、系统融
合和绿色价值实现问题,全额保障性收购制度的着力点正
在实现快速转变。
(一)欧洲可再生能源市场化过渡经验
欧洲的可再生能源发展经历了从有补贴、减补贴到无
补贴的过程。各国实施的补贴机制包括配额制、绿证、固
定上网电价、差价合约、溢价补贴、招标电价等,在可再
生能源不同发展阶段,分别采取不同的补贴政策,整体趋
势是逐步向市场化方向演变。
1. 欧洲国家典型政策经验
在一定的市场规模招标的基础上,英国采取的差价合
约政策和德国采取的溢价补贴政策,成为欧洲国家典型的
可再生能源市场过渡政策。英国的差价合约政策是指,国
家设定一定规模的招标项目,可再生能源发电企业通过竞
价参与电力市场,并与政府成立的差价合约交易公司签订
购电协议,确定执行电价。当市场参考电价低于执行电价时,
由政府向发电商补贴电力售价与执行价之间的差价 当参
考电价高于执行电价时,发电商需要向政府退还差价。市
场参考电价不一定和电力交易的实际价格完全一致。在此
机制下,发电商会尽量接近参考电价水平竞价,从而获得
差价合约收益。市场参考电价由电力公司提供,且只在海
上风电领域实施,陆上风电和光伏已经不需要补贴,主要
目的是减少补贴,降低成本。德国是在 2012 年将固定上网
电价政策,改为市场基础上的溢价补贴政策,新能源按照
电力市场规划与其他电源无差别竞价上网,同时承担类似
于常规电源的电力系统平衡义务,政府为上网新能源提供
溢价补贴,可再生能源的收入包括电力市场售电收入和溢
价补贴收入。
总体来看,欧洲可再生能源在平价窗口期实施的是“有
限规模+招标竞价+平衡补贴+参与市场”发展模式。同时,
欧洲电力市场相对成熟,中长期市场、现货市场和平衡市
场协调配合,共同应对风电、光伏波动性出力特性对电力
系统的冲击。电力市场处于不断完善之中,以更好地适应
大规模可再生能源的逐步增加。
2. 成熟电力市场可再生能源收入来源
从成熟市场可再生能源项目的收入来源数量排序来看,
主要是长期购电协议(PPA)收入、现货市场收入、绿证收
入及碳收入,其中,绿证收入和碳收入属于附加收入。
一是长期购电协议收入。国家购电主体与发电商签署
长期购电协议,约定价格和方式长期购电。发电商有物理的、
真实的电力输出,买方可能是电力供电商、售电公司或电
力负荷用电大户。
二是现货交易销售收入。在一个即时的现货市场中完
成电力交易,买卖双方在独立系统服务商组织的电力市场
中进行交易,通过市场报价形成市场价格。
三是“自发自用、余电上网”模式收入。分布式能源
自发自用时,直接抵消从电网下网应付电费或与电力用户
的约定电费。同时,在具备反送电网的技术条件、法律许
可和结算通道条件下,形成了反送电售电收入。
四是辅助服务和容量市场服务功能性收入。辅助服务
提供方提供调峰、调频、备用容量、黑启动等辅助服务功能,
容量市场服务要求发电商提供可靠性容量功能。一般单纯
的风光难以提供辅助服务,光热、风光储一体化可能成为
辅助服务、容量市场提供方,但目前仍难以具备经济性。
五是绿色证书及碳收入。在建立绿色证书制度的国家,
发电商在可再生能源电力销售时,可以申请获得相应证书
体现绿色电力的环境保护属性,并行或附加于销售电价之
上。在商业 PPA 与绿色证书共存的地区,购电方一般同时
购买 PPA 和绿色证书。同时,与碳定价相关的收入也可能
产业 | Industry
58 风能 Wind Energy
成为一种间接收入来源。
(二)中国全额保障性收购制度及变化
随着可再生能源成本快速下降、市场竞争力逐步显现,
中国全额保障性收购制度经历了不断调整和变化。
1. 中国可再生能源发展环境变化
经过近 30 年的发展,中国可再生能源的发展环境、市
场环境、成本状况等均发生了极为深刻的变化。一是新能
源发展规模和渗透率发生了巨大变化。 2005 年、2015 年、
2023 年的统计数据(表 4)来看,风电、光伏装机容量及占比、
发电量及占比实现了快速提升。
二是新能源度电成本和电价水平快速下降。以光伏为
例,2005 年光伏规划仍以为无电地区送电为主,并网型的
以屋顶示范为主,当时的电价水平为 4 /kWh。2015 年,
国家发展改革委批复了光伏三类地区资源的上网电价为
0.9~1 /kWh,而后逐步退坡,直到 2021 年光伏不再补贴,
执行平价政策。
三是电力市场化进程加快2015 3 月,中共中
国务院《关于进一步深化电力体制改革的若干意见》印发
后,中国电力市场化改革启动。2023 年,国家发展改革委
发布省级电网第三监管周期输配电价、煤电和抽水蓄能容
量电价政策后,进一步推进了电力系统市场化进程。2023年,
除新能源外,煤电等其他电源均已进入市场,新能源电力
交易比例已经达到了 47%。
2. 全额保障性收购政策调整情况
在上述形势变化环境下,国家不断调整可再生能源全
额保障性收购政策2005 年及 2009 《中华人民共和国
可再生能源法》规定的全额保障性收购制度,要求电网企
业全额收购可再生能源上网电量,所发电力都要做到“保
量保价”
2016 年出台的《可再生能源发电全额保障性收购管理
办法》,提出“保障利用小时数”概念,电网企业根据国家
标杆电价和保障性利用小时数,结合市场机制,全额收购
规划范围内的可再生能源发电项目上网电量。这个阶段实
施的是“部分保量保价、部分进入市场”政策。
2024 年出台的《全额保障性收购可再生能源电量监管
办法》,明确提出了可再生能源发电项目的上网电量包括保
障性收购电量和市场交易电量。保障性收购电量是指按照
国家可再生能源消纳保障机制、比重目标等相关规定,应
由电力市场相关成员承担收购义务的电量。市场交易电量
是指通过市场化方式形成价格的电量,由售电企业和电力
用户等电力市场相关成员共同承担收购责任。从政策制定
初衷看,相比“保障利用小时数”的政策,市场化推进程
度更大,以对接 2030 年新能源发电全部进入市场的目标。
随着市场化进程的推进,中国可再生能源电力的市场
化程度将进一步加大,通过绿证实现绿色生态价值将成为
可再生能源电力收益的重要组成部分。
3. 全额保障性收购制度的问题及建议
从前文可以看出,全额保障性收购制度是消纳权重制
度的配套政策,也是与绿色证书制度相衔接的制度。实际
,中国可再生能源配额制采用的是“消纳权重+全额保
障性收购+绿色证书”模式。这三项政策在衔接上仍存在
一些不清晰的地方,例如,消纳权重制度将省级可再生能
表4 近年风电、光伏的发展及占比情况
风光总计 风电 光伏
年份 2005 2015 2023 2005 2015 2023 2005 2015 2023
累计装机 / kW 133.6 17293 105026 126.6 13075 44134 7 4218 60892
装机占比 0.26% 11.34% 35.99% 0.25% 8.57% 15.12% 0.01% 2.77% 20.87%
年电量 / 亿 kWh 16.3 2255 14691 15.3 1863 8858 1 392 5833
发电量占比 0.06% 3.93% 15.82% 0.06% 3.25% 9.54% 0 0.68% 6.28%
Industry | 产业
2024年第09期 59
源消纳权重的具体实施主体明确为“售电企业和电力用户”
《全额保障性收购可再生能源电量监管办法》模糊表述保障
性收购电量的主体为“电力市场相关成员”。近日公布的《中
华人民共和国能源法(草案)》中提出,国家建立可再生能
源电力消纳保障机制,相关供电企业、售电企业及电力用
户(含作为自备电厂供电的企业),承担消纳可再生能源发
电量的责任。近日公布的《可再生能源绿色电力证书核发
和交易规则(征求意见稿),对绿证买方的表述更为模糊,
为“符合国家有关规定的法人、非法人组织和自然人”
在成熟的电力市场中,消纳权重的实施主体、全额保
障性收购电量的落实主体、绿色电力证书的买方主体,应
该是一致的,最终都应该是各种类型的电力消费者。从这
些表述来看,中国对上述主体倾向于电力消费者,只是覆
盖范围尚未统一,有的表述还很模糊。其一是重点覆盖国
家重点节能用户或碳排放用户,其二是全覆盖供电企业
售电企业和电力用户。概括来看,第一种方式简单,第二
种更具全面性。
建议 《中华人民共和国可再生能源法》修订时
进一步协调完善消纳权重制度、全额保障性收购电量制度
绿色电力证书制度之间的关系,倾向于实施电力消费全覆
盖的政策。
四、探索新业态、新模式的推广和应用
中共中央、国务院印发的《关于深化电力体制改革加
快构建新型电力系统的指导意见》,强调要深化电力体制改
革,加快构建清洁低碳、安全充裕、经济高效、供需协同、
灵活智能的新型电力系统,更好推动能源生产和消费革命
保障国家能源安全。新型电力系统下《中华人民共和国可
再生能源法》需重点关注源网荷储各环节催生出的新技术、
新业态、新模式的应用及推广,并着重对电源侧商业模式
不清晰的项目、极端天气保障能源安全项目,给出必要的
政策支持,特别是可再生能源基金的支持等。
(一)源网荷储各环节新技术、新模式
在电源侧,风电、光伏、光热及火电融合发展,打造
沙戈荒新能源大基地模式,风电、光伏等新能源加储能或
制氢模式,海上风电集群化发展与综合能源岛,分布式可
再生能源等多种融合发展、集群发展的模式都将会涌现
新能源与其他能源、产业及公共事业的融合需求越来越大
投资边界、生产关系和商业模式越来越复杂,不再以简单
的新能源电站模式发展,需要积极探索新业态、新模式。
在储能方面,随着新能源规模不断扩大,电力系统各
类保障运行安全的调节需求持续增长,抽水蓄能、电化学、
压缩空气、氢基燃料等储能,以及构网型储能技术都将快
速发展。电力行业的源网荷储一体化和多能互补,将会促
进火储联合、共享储能、独立储能、虚拟电厂等商业模式
的蓬勃发展。目前,国家的政策导向是系统分摊、用户疏导。
值得关注的是,储能系统并不能直接产生电力,且会存在
损耗,这些投资将全部转移到电力系统运行成本中,最终
通过终端输配电价进行疏导,有可能会间接提高用户电价
水平。
在输配电侧,新型电力系统对电网的智能化、数字化
提出了更高要求,新型直流输电装备技术、新型柔性输配
电装备技术、交直流混合配电网灵活规划运行技术等先进
电网技术会有很大的发展空间,智能电网投资也将不断增
。这方面的投资将直接化解到电网公司的输配电价中
从而提升终端用户电价水平。
在电力用户侧,新型电力系统中的电力用户将主动参
与电力生产和平衡,用户侧分布式能源技术、用户侧储能
技术、微电网技术、建筑能效提升技术、用户侧能效诊断
与提升技术、虚拟电厂等综合能源技术将步入发展的新阶
段。该领域完全可以通过政策引导和市场配合来实现。
(二)极端天气及特殊条件的电力供应安全
为应对极端天气,新型电力系统面临着电力供需大幅
度波动带来的电力可靠供应问题。保证极端天气电力可靠
的关键,是经济合理地调动电力系统供需两侧资源,在社
会经济可承受范围内解决时段性、区域性供需失衡问题
需要从资源规划、市场协同、合理补偿、预警信息、应急
保障等方面继续完善电力保供机制。
一是明确电力系统供需两侧资源应对短时尖峰矛盾的
功能定位,合理部署多元化资源来适配不同负荷段的需求
二是通过市场价格引导与合理场外保供补偿相结合,深度
挖掘供需双侧保供积极性 三是认识到精准气象信息预测
是电力保供预警的重要参考,可以帮助提前做好供用电预
案部署 四是充分考虑突发供用电事故发生可能性,完善
事前、事中和事后的快速响应、应急抢险、恢复重建等全
方位处置方案。 (全文完)
(作者单位 三峡集团战略与发展研究中心)
技术 | Technology
60 风能 Wind Energy
基于加权投票融合模型的风电机组
主轴承故障诊断方法
| 吴博阳,蔡海洋,陈亚男,罗智,毛胜轲,徐国平
风电机组中的主轴承扮演着至关重要的角色,它是支
撑整个转子系统的关键部件 1。主轴承的性能直接影响着风
电机组的稳定运行和可靠性。一旦主轴承出现问题,通常
需要进行大规模的维修或更换,这将导致高昂的维护成本
和停机时间,直接影响到风电机组的经济效益和可用性 2
因此,寻找一种实时、快速且准确的风电机组主轴承故障
诊断方法具有重要意义。
近年来,众多专家、学者致力于研究风电机组故障诊
断技术,在算法技术不断提升及一系列机器学习算法的应
用下,风电机组故障诊断水平得到了显著提升。郭莹莹等 3
针对深度森林算法在故障诊断领域存在的缺陷,提出了一
种基于改进深度森林算法的风电机组故障诊断方法,并通
过实例验证了所提故障诊断算法在风电机组故障诊断方面
的优异性。但该方法在面对复杂场景或不同工况的表现可
能并不理想。靳志杰等 4提出了一种基于特征选择和极致梯
度提升树(Extreme Gradient Boosting Tree,XGBoost)
算法的主轴承故障诊断方法,结果表明该方法比传统机器
学习算法的预测准确率更高。该方法虽然在特定数据集上
表现良好,但可能未进行足够的鲁棒性测试。常新宇等 5
提出了一种基于轴承原始监测信号的多尺度特征提取方法,
结合特征筛选和支持向量机SVM)的故障诊断方案。通
过对实际轴承故障数据集的实验验证,证明了该方法的有
效性和优越性。但其缺乏与传统方法或其他现有先进方法
的全面比较,无法充分展示性能上的优势或劣势。针对单
一分类器对于轴承故障诊断精度低的问题,张龙等 6提出了
一种多模型融合的滚动轴承故障诊断方法。相比于各个机
器学习模型,多模型融合方法的诊断性能更优。然而,该
方法未提供足够详细的实验设置描述,例如,如何确保实
验条件的控制,可能影响实验结果的可复现性和可信度
外, 习(Automated Machine Learning,
AutoML)技术也开始逐渐崭露头角,其与传统的机器学习
模型相比具有自动化程度高、适应性强、能够更好地处理
复杂数据等优势 7,8
鉴于单一机器学习模型在故障预测中的准确率可能不
,且针对常见故障数据集为表格数据的情况,本文提出
了一种采用加权投票策略将 AutoML 框架下专门使用表
格数据的 AutoGluon 算法与传统机器学习模型随机森林
(Random Forest,RF) XGBoost 法,
过综合各模型的预测概率来进行最终故障诊断决策,以实
现更好的预测效果和更全面地利用不同模型间的信息。在
此过程中,为了提高传统模型的性能,引入了超参数调优
技术对 RF XGBoost 模型进行了改进。此外,使用内蒙
古某风电场的 3 2.0MW 风电机组的现场实际运行数据,
对所提出的加权投票融合模型进行了验证。
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相关理论
一、AutoGluon 模型
虽然集成机器学习模型在提高预测性能方面具有一定
优势,但也面临着复杂性高、训练时间长、调优困难、过
拟合风险等问题。因此,亚马逊团队于 2020 年提出一种创
新的 AutoML 架构下的 AutoGluon 算法,它具备卓越的
数据处理和组合算法构建能力 9AutoML 是指利用自动
化技术来简化机器学习模型构建的过程,从数据预处理到
模型选择和调优,直至部署和监控 10 AutoGluon
提供了专门针对表格数据的自动化机器学习功能,即
AutoGluon-Tabular。AutoGluon-Tabular
括分类、回归、排序等任务在内的各种表格数据挖掘问题。
AutoGluon 包含了多种机器学习算法和技术,能够自动化
地处理特征工程、模型选择和超参数优化等任务,从而帮
助用户构建高性能的机器学习模型 11。图 1 为加权投票融合
模型中的机器学习模型组合示意图AutoGluon-Tabular
的多层堆叠(Stacking)策略如图 2 所示 9
2 知,AutoGluon-Tabular
多层堆叠集成方法。在第一层,存在多个基础模型,它们
的输出被连接在一起,再馈送到下一层。下一层本身由
多个堆叠模型组成,这些堆叠模型充当了附加层的基础
型。外,AutoGluon-Tabular k
Cross-Validation,以确保每个学习模型都能查看完整
图1 机器学习模型组合示意
图2 AutoGluon的多层堆叠策略
技术 | Technology
62 风能 Wind Energy
的数据集。为了进一步提高预测准确率,并减少过度拟合,
AutoGluon-Tabular 会在输入数据的 n 个不同随机分区上
重复 n k 倍交叉验证。这里 n 的取值由 󽦁t() 函数在人为
给定的时间范围内进行多次估算得出。
二、随机森林模型
RF 是在 1995 年由 Leo 等人提出的一种集成学习方法,
通常用于分类和回归任务 12。该模型基于决策树构建,在训
练过程中通过随机特征选择和样本抽样来生成多棵决策树。
每棵决策树都是经 Bagging 集成学习训练和独立构建得到
的,它通过投票或平均预测结果来确定最终的预测结果 13
RF 对于大规模数据集和高维特征空间都有很好的适应性
且对于缺失值和噪声数据具有较强的鲁棒性。每棵决策树
都是基于部分特征和部分样本训练的,因此,相较于单一
决策树,RF 对于过拟合的抵抗能力更强。
三、极致梯度提升树模型
XGBoost 是一种高效、灵活的机器学习算法,用于解
决分类、回归及排名等问题。它是在梯度提升树(Gradient
Boosting Tree)算法的基础上发展而来的,通过对梯度提
升树进行优化和改进,在训练速度和模型性能上取得了显
著的提升。XGBoost 核心原理如下 14
1. 损失函数(Loss Function)
假设有一个由 N 个样本组成的训练数集,
D={(x
i
,y
i
)}
i=1
N
,其
中,xi是特征向量yi是对应的标签XGBoost 使用泰勒
展开式对损失函数进行近似。对于一般的损失函数
L(y,ˆ
y)
泰勒展开式表示如下
L(y,ˆ
y)LL(y,ˆ
y(t))+g
i
i(yˆ
y(t))+(1/ 2)h
i
i(yˆ
y(t))2 (1)
式中,
ˆ
y(t)
是当前模型的预测值,gi和h
i分别是损失函
数关于预测值的一阶导数(梯度)和二阶导数(海森矩阵)
i 表示第 i 个样本。
2. 正则化项(Regularization Term)
为了防止过拟合,XGBoost 引入了正则化项。正则化
项包含了树模型的复杂度,公式如下
(2
式中,T 是叶子节点的数量,w 是叶子节点的分数,γ
δ 是正则化参数。
3. 目标函数(Objective Function)
目标函数是损失函数和正则化项的加权和。假设有 T
个树模型,每个树模型表示为 ft,目标函数可表示如下
Obj =i=1
N
L(yi,ˆ
yi
(t))+t=1
T
Ω(ft) (3)
4. 模型更新(Model Update)
模型更新分为两个步骤 叶子节点分裂Leaf Split)
和叶子节点权重(Leaf Weight)的更新。对于叶子节点 j,
其分数 wj可以通过以下公式计算
wj=Gj/ (Hj+
δ
)
(4)
G j是叶子节点 j 上所有样本的一阶梯度之和
Hj是叶子节点 j 上所有样本的二阶梯度之和。
5. 预测(Prediction)
最终模型的预测结果可以通过将所有树的输出值相加
来获得
ˆ
y
i
=
t=1
T
f
t
(x
i
)
(5)
式中,ft( xi) 表示第 t 棵决策树对样本的预测输出。
总的来说,XGBoost 在性能和效率上都具有很高的水
平,成为多种实际场景的首选算法之一。
四、模型组合策略
对于二分类问题,使用模型投票方法是一种有效的
集成学习组合策略。投票方法包括软投票、硬投票、加权
投票法等 15。本文实验部分采用加权投票法,其优势在于
能够充分利用每个基本分类器的概率输出,而不仅仅是简
单地依赖硬投票 16,17。加权投票组合模型的权重值,将由
AUC(Area Under the Receiver
Operating Characteristic Curve)算。
AUC 值,可以按照以下步骤得到所需的权重值
(1)计算总的 AUC 计算所有模型的 AUC 值之和。
(2)计算每个模型的相对权重 将每个模型的 AUC
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除以总的 AUC 值,得到每个模型的相对权重。
模型指标
一、模型评价指标
在机器学习中,针对二分类问题,常用的模型评价指
标包括 准确率(Accuracy)、精确率(Precision)、召回
率(Recall)、F1 得分 18混淆矩阵(Confusion matrix)
是一个 N×N 的矩阵,用于汇总模型的分类结果,其中,N
表示类别的数量。本文方法针对的是二分类问题,故 N
值为 2(如表 1 所示)
Accuracy、Precision、
Recall F1 得分。各指标的计算公式如下
Accuracy =(TP+TN) / (TP+TN +FP+FN)
(6)
Precision =TP / (TP +FP)
(7)
Recall =TP / (TP+FN)
(8)
F1=2×TP / (2 ×TP+FP+FN)
(9)
二、AUC 值和 ROC
AUC 值是一种常用的评估分类模型性能的指标。ROC
(Receiver Operating Characteristic curve)是以真正例
率(True Positive Rate,也称为灵敏度或召回率)为纵轴,
假正例率(False Positive Rate)为横轴绘制的曲线。
AUC 值可以用来衡量分类模型在二分类问题中正确
预测正类样本的能力。AUC 值的取值范围为 0~1,越接近
1 表示模型性能越好,能够更准确地区分正类和负类样本
AUC 值的计算方法如下
1)根据模型的预测结果对样本进行排序,通常是按
照概率从高到低排列。
2)从最低概率开始,逐步增加阈值,将概率高于该
阈值的样本标记为正类,低于该阈值的样本标记为负类。
3)对于每个阈值,计算真正例率和假正例率。真正
例率计算公式为 TPR=TP/(TP+FN),其中,TP 表示真正例,
FN 表示假负例。假正例率计算公式为 FPR=FP/(FP +TN)
其中,FP 表示假正例,TN 表示真负例。
(4)绘制 ROC,横轴为假正例率,纵轴为真正例率。
(5)计算 ROC 下方的面积,即 AUC 值。
实例分析
一、数据来源
笔者使用的数据集是来自内蒙古地区某风电场的 3
2.0MW 风电机组的现场实际运行数据。该风电场使用汉
能华在线状态监测系统,配备了相应的振动加速度传感器
以便对主轴承进行振动监测。信号采样频率为 25600Hz
采集并清洗了3 台机组运行周期为 2020 1 9 日至
2022 5 25 日共 28587 条样本数据的主轴承振动加速
度信号。
二、特征筛选与提取
根据专家经验,对主轴承振动信号进行了特征筛选
共提取出了 18 个重要特征,以 csv 文件格式保存了各条样
本的如下指标 19
(1)信号参数提取 包含转速和功率。
(2)时域特征计算:包括均值(Mean)方差(Variance)
等统计特征,用于描述主轴承振动信号的特性。
3)频域特征提取 通过对振动信号进行傅立叶变
换或小波变换,提取频域特征,如重心频率Centroid
Frequency)、均率(Mean Frequency)等。
供了关于振动信号频率分布和能量分布的信息,有助于区
分不同运行状态下的振动信号特征。
各个特征标签详见表 2。
表1 混淆矩阵
项目 预测存在故障 预测不存在故障
实际存在故障 True Positive(TP) False Negative(FN)
实际不存在故障 False Positive(FP) True Negative(TN)
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64 风能 Wind Energy
三、状态标签及数据集划分
在对数据集的 28587 条样本进行特征向量提取后,根
表2 特征标签
标签 说明
rpm 转速
power 功率
kurt 峭度值
p-up 正峰值
p-down 负峰值
pp 峰峰值
Skewness 偏度
Waveform Factor 波形因子
Peak Factor 峰值因子
Pulse Factor 脉冲因子
Clearance Factor 间隙因子
Mean 均值
Variance 方差
Standard Deviation 标准差
RMS 均方根
Centroid Frequency 重心频率
Mean Frequency 均方频率
Root Mean Square Frequency 均方根频率
表3 故障标签及数据集
分类 标签 训练样本数 测试样本数 样本长度
非故障 0 16306 4083 20389
故障 1 6563 1635 8198
据专家经验,对样本进行了状态标签打标,标签分为 0(表
示非故障)和 1(表示故障)。同时,采取多人标注、交叉
验证、定期审查和更新标签等措施,提高标签的准确性
其中, 20389 条样本被标记为 0,8198 条样本被标记为 1。
接着,按照 8:2 的比例将数据集随机分成了训练集和测试集。
具体的故障标签及数据集划分情况可参考表 3。
为了确保模型在训练和测试时的泛化能力和预测性能,
需要保证训练集和测试集的数据分布尽可能一致。根据数
据样本的特征分布情况(图 3,实验数据集划分时保持了
训练集和测试集数据分布一致性。
四、参数设置
AutoGluon 训练过程相对简单,且提供了高度自动化
的功能,使得无需手动调整复杂的参数即可训练出高质量
的模型。在 RF XGBoost 模型中,通常需对其进行超参
数调优,故对 RF XGBoost 模型使用训练数据进行训练
且事先对数据集中的各特征进行归一化处理,以消除特征
之间的量纲差异和减少不同特征对模型的影响程度不平衡
的问题。根据训练结果,实验采用贝叶斯优化算法对 RF
超参数进行调优,使用网格搜索算法对 XGBoost 相关参数
进行优化。模型参数设置详情见表 4。
参数设置后,使用学习曲线(Learning Curve)来验
证模型是否过拟合。同时,在数据集较小的情况下,在学习
曲线中加入交叉验证可以减少由于数据划分不同而引入的方
差,提高模型性能评估的稳定性。RF XGBoost 的学习曲
线如图 4 所示。由图可知,训练集性能和交叉验证集性能之
间的差距不大,可以判断模型不存在过拟合的问题。
五、实例验证与结果对比
使用训练集和测试集对各模型进行评估,可以得到以
下混淆矩阵(图 5)
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2024年第09期 65
表4 模型参数设置
分类 调优方法 参数 参数值 参数含义
RF 贝叶斯优化
n_estimators 1000 树的数量
max_depth 100 树的深度
criterion gini 节点分裂的标准
in_samples_leaf 2 叶节点的最小样本数
min_samples_split 10 节点分裂的最小样本数
XGBoost 网格搜索
objective binary:logistic 目标函数
colsample_bytree 1 列抽样比例
learning_rate 0.01 学习率
max_depth 10 树的深度
n_estimators 300 树的数量
subsample 0.6 子样本比例
图3 特征分布
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66 风能 Wind Energy
随后,设置加权投票组合模型的权重值。由各模型得
出的性能指标 AUR 值来计算权重AutoGluonRF
XGBoost AUC 0.7512、0.8671 0.8590。
过计算总的 AUC 、计算每个模型的相对权重和归一化计
算,可得各权重为 0.3078、0.3560 0.3362。确定投票权
重并经过数据集训练,可得加权投票融合模型的混淆矩阵
如图 6 所示。
为了更好地对比结果,将 3 种模型使用堆叠集成策略
(a)RF的学习曲线
(a)AutoGluon的混淆矩阵
图4 RF和XGBoost的学习曲线
(c)XGBoost的混淆矩阵
图5 各模型的混淆矩阵
(b)XGBoost的学习曲线
(b)RF的混淆矩阵
0.92
0.90
0.88
0.86
0.84
0.82
0.80
0.78
0.79
0.78
0.77
0.76
0.75
分数(Score)
分数(Score)
训练样本(Training examples) 训练样本(Training examples)
2500 5000 7500 10000 12500 15000 17500 2500 5000 7500 10000 12500 15000 17500
Technology | 技术
2024年第09期 67
图6 加权投票融合模型的混淆矩阵 图7 Stacking集成模型的混淆矩阵
组合,得到如图 7 所示的混淆矩阵。
通过图 5—图 7 的混淆矩阵,可以计算出每种模型的
准确率、精确率、召回率和 F1 得分指标。各模型的指标计
算结果见表 5。
分析表 5 中各模型的评价指标可知,相较于单一算
法模型,加权投票融合模型在预测该风电机组主轴承故障
方面表现出色。加权投票融合模型的预测准确率、精确
率、 F1 分, 90.85%、88.61%、
78.04% 82.99%,评价指标高于单一机器学习模型及基
Stacking 算法的集成模型。由此可见,加权投票融合模
型的主轴承故障预测效果更好。
结论
本文提出了一种基于加权投票融合模型的风电机组主
轴承故障诊断方法,相较于单一模型或传统的融合方法
提高了故障诊断的准确率和效率。这种方法不仅在风电机
组主轴承的故障诊断上有所突破,还具备实际应用的潜力
能够更加精确地定位和诊断特定类型的故障。同时,将
AutoML 框架引入风电机组轴承故障诊断中,不仅简化了
模型选择和参数调整的过程,还提高了模型的自动化程度
和普适性。这对于不具备深度机器学习专业知识的工程师
和操作人员来说尤为重要,能够使其更轻松地利用先进的
技术解决实际问题。实验结果表明,所提方法在实际应用
中的准确率达到 90% 以上,具有较好的可行性和实用性,
可作为提高风电机组主轴承运行安全性和可靠性的一种较
新的技术手段。未来,可以在融合模型中加入更先进的神
经网络学习方法或更优的多模型组合策略,以进一步改善
其在实际工程中的应用效果。
(作者单位 吴博阳,蔡海洋,罗智,毛胜轲,徐国平 运达能
源科技集团股份有限公司 陈亚男 浙江省北大信息技术高等研
究院)
表5 模型对比
模型 组合策略 Accuracy Precision Recall F1
AutoGluon - 83.14% 75.51% 60.74% 67.32%
RF - 82.06% 75.78% 54.74% 63.57%
XGBoost - 82.48% 76.40% 56.02% 64.64%
AutoGluon、RF XGBoost Stacking 87.35% 70.21% 82.94% 76.05%
AutoGluon、RF XGBoost 加权投票法 90.85% 88.61% 78.04% 82.99%
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68 风能 Wind Energy
1860MPa,钢丝外包聚乙烯(PE)材料,中间填充油脂
用于防腐。拉索在构造及施工上有以下特点
1)在靠近锚固段和张拉端部分的拉索可以认为其紧
密相连,在不存在索箍的中间区域,各根钢绞线之间无可
靠的连接,处于离散状态。
(2)拉索与 HDPE 套管之间存在间隙,相互离散。
3)钢绞线之间的接触无法确定,当垂度很大时,索
中部存在钢绞线的相交与摩擦。
- 混凝土混合塔筒是目前超高型风电机组常用的塔
架形式,塔架下部为混凝土塔筒段,上部为传统的钢管段,
钢塔段和混凝土塔段都可以实现预制,拼装快捷,施工方便。
如图 1 所示,塔筒下部与中空式基础相连,体外预应力索
通过上部转接段和下部基础实现张拉锚固。预应力的施加
充分利用了混凝土优良的抗压性能,提高了塔筒的截面承
载力和极限承载力,在 120m 及以上高度的塔筒建设中获
得了广泛的工程应用 1
目前,常用的索力检测方法主要有千斤顶拉脱法、压
力传感器法、光纤式传感器法、磁通量法和振动频率法
其中,千斤顶拉脱法会对塔筒造成损伤,而压力传感器法、
光纤式传感器法和磁通量法需要在施工阶段提前安装传感
器,且传感器存在故障风险。振动频率法具有测量快速准确、
使用方便、仪器可重复使用等优点,是目前桥梁工程中应
用最广泛的一种间接测量索力的方法 2。通常通过环境或人
工激励使得索发生振动,再利用拾振器等传感器采集时程
数据,之后通过频谱分析可以识别出索的振动频率,最后
由索力和频率之间的关系确定索的拉力。综上,振动频率
法是一种十分适合风电机组塔筒索力检测的方法,可以与
传感器法相互补充。
风电机组塔筒中常用的预应力索与桥梁中斜拉索的构
造相似,都属于平行钢绞线拉索。如图 2 所示,振动频率
法通常通过在索上布设加速度传感器获取索的基频,每束
拉索由多根平行的低松弛的钢绞线组成,而每根钢绞线由
多股钢丝缠绕而成。风电机组中常用的单根钢绞线通常由 7
股钢丝缠绕而成,公称直径为 15.2mm,极限强度标准值
基于频率法的风电机组混塔索力识别
影响因素分析
| 张振利,贾克勤,刘庆阳,刘志涛,徐子虚,马乾
1: 甘国荣,苏韩,韦耀淋 . 风电混凝土塔筒体外预应力锚固体系的研究及应用 [J]. 风能,2018(8)92 96.
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图1 钢-混凝土混合塔筒示意
机舱
轮毂 钢塔段
混塔段
浅基础
钢混
转换段
体外
预应力拉索
中空式
混塔基础
Technology | 技术
2024年第09期 69
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图2 平行钢绞线拉索剖面示意
4)施工时钢绞线单根挂索,单根张拉,实际受力是
不均匀的。
由于以上所述构造和施工上的特点,在目前振动频率
法的相关研究中存在着以下问题
(1)拉索的抗弯刚度难以准确量化 3-5
(2)线密度计算存在一定的误差。
3)拾振器通常布置到套管上,钢绞线之间离散,钢
索与套管之间存在间隙,索力不均匀这几个因素会导致采
集的振动信号与实际单根索的振动信号存在一定的误差。
4)实际的边界条件不确定,介于铰接支撑和固定支
撑之间,但更接近固定支撑 6,7
5)风电机组体外预应力索两端存在孔道约束,同时
顶部部分索被固定,实际索长难以确定。
此外,还有很多因素会影响索力识别的精度,如环境
温度、垂度、斜度和减振器。风电机组作为一种高耸结构
其内部的体外预应力索一般与地面呈 89°左右夹角,王卫锋 6
分析了斜度对于斜拉桥索力识别的影响,结果表明当拉索
倾角在 20°到 80°变化时,相同频率下得到的索力相差不超
1%,斜度的影响可以忽略不计。风电机组体外预应力索
的垂跨比很小,对于垂度的影响通常可以采 Ernst 8
对弹性模量进行修正,经计算,修正后的变化量极小。同
时,预应力索位于风电机组塔筒中,受风及温度等影响较小。
综上,环境温度、垂度、斜度和减振器对风电机组预应力
索索力识别的影响可以忽略。
本文主要探究体外预应力索的边界条件、抗弯刚度
线密度、长度对索力识别精度的影响,通过建立有限元模
型获取频率数据,分析索力识别公式的计算误差,对后续
实际风电工程中的索力识别具有一定的参考价值。
研究方法
一、分析假定
如果将每根钢绞线都简化成一根弦,弦与弦之间的接
触问题,以及多根弦的振动问题很难通过理论求解,因此,
有必要考虑拉索的振动一致性问题。很多学者对拉索振动
一致性问题做了研究。罗勋 7通过沿着索的法向位移相同
切向位移相互独立的方式进行耦合来考虑钢绞线之间的接
,并且建立了有限元模型分析多根钢绞线的振动问题
结果表明,各根钢绞线在一阶振动时具有相同的振型,各
钢绞线之间不会产生交叉,同时柔性套管对钢绞线的振动
影响很小。孙增寿等 9采用有限元方法建立接触耦合模型
进行斜拉索的自振特性分析。分析结果表明,频率法可用
于平行钢绞线斜拉索的索力测试,HDPE 套管能够传递和
反映内部索体的振动,可以通过修正线密度的方式考虑套
管的影响。张卓杰 10 将钢绞线斜拉索抽象成具有层间间隙
的叠梁模型,使用 ANSYS 软件对叠梁模型进行接触分析
对平行钢绞线的振动一致性问题进行了理论和实测研究
研究结果表明,在套管自重的挤压和束箍作用下,发生接
触的钢绞线之间的振动具有良好的一致性。同时,实验说
明了套管的振动频率与索体的振动频率基本相同。综上所
,在进行低阶频率的测量时,可以认为拉索的振动具有
较好的一致性,其误差可以满足工程检测需求。
钢丝
PE 外包层
油脂
传感器
索箍
钢绞线
传感器
HDPE 套管
技术 | Technology
70 风能 Wind Energy
风电机组体外预应力索几乎与地面垂直,由于重力作
用导致套管与钢绞线之间接触的可能性很小,可以忽略套
管与钢绞线之间的接触。柔性套管在钢绞线束的振动影响
下做受迫振动,对钢绞线束影响较小。与斜拉索相比,风
电机组体外预应力索由于垂度导致的钢绞线接触可以忽略,
因此,钢绞线产生接触的原因主要是索箍作用及振动时的
随机接触。本文的研究重点不在钢绞线的接触摩擦上,故
基于以上讨论提出以下假定
1)通过识别风电机组体外预应力索的基频计算索
力时,由于高阶频率计算索力需要考虑多根钢绞线振型
的不一致性,难以进行修正,故忽略平行钢绞线拉索构
造上离散性造成的误差,将多根钢绞线等效成单根圆形
截面的拉索。
(2)等效后的单根索在全长范围内质量一致,截面相同,
截面受力均匀。
3)等效后的单根索的抗弯刚度介于多根钢绞线抗弯
刚度之和与等截面的实心钢圆棒的抗弯刚度之间 3
4)索两端的边界条件相同,介于固定支撑和铰接支
撑之间。
二、工程概况
本文研究的工程是位于安徽的某风电场。经调研,该
风电场的风电机组混塔倾角为 8,高度有 304055
76、90、112、130m 7 种类型,所用预应拉索包含
11 15.2mm 线, 1280MPa,
模量为 200GPa,拉索的相关参数详见表 1。表中,D 表示
换算直径,m 表示线密度,T0表示实际索力,有限元中取
最大抗弯刚度进行模拟。
三、分析方法
通常根据索的边界条件和单元类型可以简化为 4 种模
张紧弦模型、两端铰支梁、一端固支和一端铰支的梁、
两端固支梁。由于风电机组中索两端的边界条件是接近一
致的,本文只考虑两端固定支撑和两端铰接支撑两种情况
索的计算长度和边界条件对索力识别的影响很大,长索和
短索的适用公式不同。很多学者提出了拉索在不同边界条
式。Irvine H.M11 最开始考虑了索的弹
,研究了垂度对于拉索平面内振动特性的影响,但没有
考虑索的抗弯刚度的影响。Zui H12 提出利用测量低阶模态
固有频率同时考虑索的抗弯刚度和垂度影响的振动法实用
公式。任伟新 13 利用能量法和曲线拟合的方法,建立了考
虑索的垂度和抗弯刚度影响的实用公式。王建飞 14 考虑了
边界条件影响,提出以无量纲参数 ξ 作为划分吊杆选择类
弦模型或类梁模型的界定依据。本文对上述常用索力计算
公式进行了总结,进而探讨不同公式在风电机组索力识别
中的适用性,详见表 2。由于风电机组中索更加细长,相应
ξ 值普遍较大,故表 2 中只展示了较大 ξ 值对应的拟合
公式。
与实际测量频率数据相比,有限元方法可以准确模拟
索的边界条件和支撑情况,其模态分析所得出的频率误差
更小。因此,本文主要通过 Abaqus 软件建模获取索的各
阶频率,将其带入各实用公式中计算索力,最后与有限元
中施加的索力进行对比,对边界条件、长度、抗弯刚度及
线密度的影响做了进一步分析。
对于短粗索,需要采用 Timoshenko 梁进行分析,而
风电机组中体外预应力索的长细比较大,因此,可以忽略
11: Irvine, H. M. and Caughey, T. K. The Linear Theory of Free Vibrations of a Suspended Cable[J]. Proceedings of the Royal Society of London
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表1 预应力拉索参数
D/mm ρ/(kg/m3 m/(kg/m) T0/kN EImin/(kN·m2 EImax/(kN·m2
50.545 7850 15.572 2568.4 5.825 64.080
Technology | 技术
2024年第09期 71
表3 有限元基频计算结果
l/m ξ C 弦模型
/Hz
铰支梁
/Hz
固支梁
/Hz
30 189.93 0.071 6.730 6.731 6.802
40 253.24 0.040 5.048 5.048 5.088
55 348.20 0.021 3.671 3.671 3.692
76 481.15 0.011 2.657 2.657 2.668
90 569.79 0.008 2.243 2.243 2.251
112 709.07 0.005 1.803 1.803 1.808
130 823.02 0.004 1.553 1.553 1.557
表2 实用公式汇总
边界
条件 模型 公式
两端
铰支
弦模型
(公式 1)
T
1
=4ml
2
f
1
2
铰支梁
(公式 2) T2=4ml2f1
2
π2
l
2EI
两端
固支
Zui H12
(公式 3)
T3=4m(f1l)2[12.20 C
f1
0.550( C
f1
)2] (17
ξ
)
任伟新 13
(公式 4)
T
4=m(2lf12.363
lEI
m)2(18
ξ
210)
T
4
=4ml2f
1
2(210
ξ
)
王建飞 14
(公式 5)
T
5
=4ml
2
(f
1
2
2.3 f
1
C0.575C
2
) (
ξ
7.1)
15: Zhang, Z., Liu, Q., Chu, H., et al. Performance Analysis of an Improved Gravity Anchor Bolt Expanded Foundation[J]. Applied Sciences,
2023, 13(20):11181.
剪切变形和转动惯量的影响,采用 Euler-Bernoulli 梁进
行分析。在 Abaqus 软件中建立了 7 种高度的索模型(30m
高度的模型如图 3 所示),分别采用 B23 梁单元和 T3D2
架单元对索进行建模,其中,梁模型考虑了铰支和固支两
种边界条件,弦模型为铰支边界。第一个分析步用于索的
荷载施加 首先施加重力荷载,之后使用降温法对索施加
预应力荷载 15 第二个分析步采用 Lanczos 法进行频率求
解,考虑几何非线性。
3 汇总了全部 21 个数值模型的结果。表中,无量纲
参数
ξ
=T
EI
i
l
C
=EI
ml
4,T 为拉力,l 为长度,m 为索的线密度,
EI 为索的抗弯刚度f1为第一阶频率fn为第 n 阶频率
将表 3 中计算出的基频结果代入表 2 中的实用公式可以得
出相应的索力。
结果与讨论
一、边界条件的影响
公式误差计算结果详见表 4。表中各实用公式的误差
采用百分数表示,εi=|T0-Ti|/T0×100%。分析结果表明
于两端固支梁来讲,所有公式都在误差允许范围之内,其中,
任伟新等人的公式拟合效果与有限元偏差较大,Zui H
公式拟合程度最好。随着索长的增加,两端铰支梁模型的
结果与弦模型几乎一致,各个实用公式索力误差都在减少
且不同边界条件下的最大误差不超过 0.2%(两端固支梁模
型的结果以公式 3 为准)。由此可知,边界条件对于风电机
组体外预应力索索力检测的影响很小。
图3 30m索有限元模型示意
技术 | Technology
72 风能 Wind Energy
二、长度和线密度的影响
在实际索力识别中,通常根据图纸取拉索的几何尺寸,
这与实际长度存在误差。公式 3 比较复杂,但是通过表 4
可知,当 l 30~130m 之间变化时,公式 1、公式 2 及公
3 之间的差值极小,因此,本文用公式 1 做变量长度 l
线密度 m 的误差分析。
知T
1=4ml2f2
1,绝对误差可以表示为
e(T
1
)=T
1
l
e(l)=T
1
l
ΔldT
1
,这里忽略了高阶项的影响。同理,相对
误差可以表示为
e
r(T1)=
e(T
1
)
T
1
dT
1
T
1
=d(lnT1),可推出误差估算方程
如下
er(T1)=2d[ln(f1)] +d[ln(m)] +2d[ln(l)]
=2e
r
(f
1
)+e
r
(m)+2e
r
(l)
由上式可知,当基频 f1测量相对误差为 10% 时,索力
计算相对误差约为 20% m、f1为定值时,若 l 10%
的相对误差,计算出的索力误差在 20% 左右 m 的相
对误差为 10% ,计算出的索力误差在 10% 左右。由此
可见,线密度和长度的取值对索力计算的误差影响较大。
三、抗弯刚度取值的影响
上述分析采用的参数为 EImax但实际的取值是不确定的,
本文设置了EI
min、0.2EImax、0.4EImax、0.6EImax、0.8EImax
五个变量,其中EImin=nEI=11×0.53=5.83kN · m2,将它
们代入表 3 的公式 2 3 中比较抗弯刚度取值的影响。经过
计算,铰支条件下抗弯刚度取值的影响可以忽略不计 固支
条件下的结果见图 4,纵坐标为公式索力值与实际索力值的
T/T0。在索力为 2568.4kN 的情况下,随着索长的增加,
抗弯刚度的取值对索力计算结果的影响逐渐减小,最大误差
1.4% 左右。当取值误差在 20% 内时,T/T0接近 1,此
时认为抗弯刚度取值的影响可以忽略不计。
结论
本文通过 Abaqus 软件建立风电场中常用预应力索的
有限元模型,获取基频数据,分析了不同边界条件、抗弯
刚度、线密度及长度下的实用公式所计算索力的误差,可
得出以下结论
1)随着索长的增加,边界条件和抗弯刚度的影响逐
渐减小,当预应力拉索索长超过 30m 且抗弯刚度取值误差
20% 以内时,边界条件和抗弯刚度取值对索力计算的影
响可以忽略不计,即使用弦理论公式、铰支梁公式和 Zui
H 提出的公式计算结果相差极小。
2)线密度和长度的取值会对索力计算的误差造成很
大影响,在实际索力识别中应该注意二者的影响,必要时
进行参数识别。
3)基频的误差会对索力计算造成很大影响,在实际
信号拾取时应该采取合适的方法确保其准确性。
(作者单位:张振利,贾克勤,刘庆阳:山东电力工程咨询院有限公司;
刘志涛,徐子虚 天津大学建筑工程学院 马乾 天津理工大学海
洋能源与智能建设研究院)
表4 公式计算误差
l/m
弦模型 两端铰支梁 两端固支梁
ε1ε2ε3ε4ε5
30 0.002% 0.028% 0.207% 2.061% 0.314%
40 0.002% 0.014% 0.161% 1.534% 0.241%
55 0.002% 0.009% 0.122% 1.107% 0.180%
76 0.000% 0.007% 0.090% 0.798% 0.131%
90 0.004% 0.004% 0.075% 0.674% 0.110%
112 0.001% 0.001% 0.067% 0.535% 0.095%
130 0.001% 0.001% 0.058% 0.460% 0.082%
图4 抗弯刚度取值对索力影响(固支边界)
EImin
0.2EImax
0.4EImax
0.6EImax
0.8EImax
索长 l/m
Technology | 技术
2024年第09期 73
技术 | Technology
74 风能 Wind Energy
风电叶片的结构主要是由迎 / 背风面壳体、主梁、腹
板和后缘 UD 构成,这些部件之间通过胶粘剂粘接而成
其中,迎 / 背风面壳体、腹板都是内部填充 Balsa/PVC/
PET 芯材的夹芯结构,以减轻叶片重量,增加叶片结构的
稳定性。叶片粘接区域作为连接各个部件的纽带,是整个
叶片结构中最为薄弱的环节。因此,其粘接质量直接关系
到叶片的性能、使用寿命及风电机组的风能利用效率和机
组所受载荷 1-3。胶粘剂的粘接性能主要体现在剪切强度和
剥离强度上,其中,剪切强度反映了胶粘剂在受到剪切力
作用时的抵抗能力。
胶粘剂粘接质量与其本身的粘接性能和实际的粘接工
艺密切相关,目前的研究主要集中在不同材料类型、填料
改性等对胶粘剂本身粘接性能的影响 4。随着叶片长度增
,从混胶、涂胶到合模的时间进一步延长,胶粘剂的开
放、施工和固化时间等工艺参数都会对合模粘接性能产生
5开放时间,又称为可使用时间、可操作时间或适用时间,
是指从胶粘剂涂胶到表面仍可以粘接的最大时间间隔。在
这个时间内,胶粘剂保持粘性,能够有效地进行粘接,如
果超过这个时间间隔,胶粘剂的粘性可能会降低,从而影
响最终的粘接效果。本文从粘接工艺角度出发,采用单搭
接测试方法 6研究了不同开放时间对不同厂家、不同类型胶
粘剂剪切性能的影响。
不同开放时间对胶粘剂剪切性能的
影响研究
| 张宁威,乔佳琳,蔚明轩,勾春旺
试验部分
一、原材料及设备
本试验所用到的原材料见表 1,设备及仪器见表 2。
二、试验方案
本试验按照《胶粘剂单搭接拉伸剪切强度试验方法(复
合材合材(GB/T 33334—2016)求,对
同厂家、不同类型胶粘剂在不同开放时间下进行样条制作
每组胶粘剂样条数量为 7 。样条制作完成后采用电子万
1: 王强华 . 风电叶片用树脂和胶粘剂发展现状 [C]// 中国硅酸盐学会玻璃钢分会 . 第二十一届全国玻璃钢 / 复合材料学术年会论文集(《玻璃钢 / 复合材料》
2016 增刊),2016 5.
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表1 试验原材料
物料名称 供应商 规格
单轴布 OC UDH-1250
脱模布 佑威 PA6
灌注树脂 道生天合 TS180/185
胶粘剂
道生天合 TS380/385
道生天合 TS390/395
康达 WD3135D/WD3137D
结构胶 凯博 AC805
3mm 垫条 - 200mm×15mm×3mm
Technology | 技术
2024年第09期 75
表2 试验设备及仪器
设备 / 仪器名称 供应商 规格
电子万能材料试验机 INSTRON 5982
鼓风干燥箱 宇阳电热设备有限公司 YD-881-7
雕刻机 洛阳米克尼精机 540P
高速平台切割机 motronic DIADSC 5200
DSC 耐驰 214C
能材料试验机开展单搭接拉伸剪切性能测试,考察不同开
放时间对胶粘剂剪切性能的影响。主要试验步骤如下
(1)制作单搭接拉伸剪切试样基材 基材由 4 OCV
高模织物和道生天合 180/185 树脂灌注而成,灌注前上下
表面满铺脱模布,形成粗糙面。
2)基材粗切将灌注后的基材切割为
200mm×200mm 的基板。
3)厚度垫条粘接 撕除基板表面的脱模布,在基
1 上粘接 3mm 厚度垫条,确保各试样的粘接厚度均为
3mm,垫条粘接见图 1。
4)基板粘接 使用待测胶粘剂在基板 1 测试粘接区
和夹持粘接区涂胶,在涂胶 0h、1h、2h3h ,分别将
基板 2 通过已涂胶粘剂粘接在基板 1 上。
5)基板挤压收胶 将粘接后的基板放置于平压机下
压紧 5min 后取出,清理表面挤出的胶粘剂。
6)基板固化 将基板放置于鼓风干燥箱内,加热程
序设定为 50℃加热 2h 75℃加热 7h。
7)基板开槽 使用雕刻机在基板测试粘接区对应位
置开槽,将测试区域与夹持区域隔离开。
8)样条切割 使用平台切割机将开槽后的基板切割
为尺寸 200mm×25mm 的样条。
9)样条状态调节和测试观察切割后的样条
并去除有缺陷的样条,将可测试样条放置在标准环境
23℃ /50%RH)下保持 24h ,将试样安装到试验机夹
具上,如图 2 所示。测试过程中,将剪切力变化速率设定
8.3 ~9.7MPa/min 之间进行加载直至试样破坏。
图1 单搭接拉伸剪切试样示意(单位:mm)
图2 单搭接拉伸剪切测试
技术 | Technology
76 风能 Wind Energy
结果与讨论
一、道生 TS380/385 单搭接拉伸剪切测试
由表 3 及图 3、图 4 可以看出,随着开放时间的增加,
道生 TS380/385 胶粘剂单搭接拉伸剪切强度有所下降,由
0h 16.90MPa 3h 15.77MPa
从试样破坏情况来看,随着开放时间增加,试样破坏形式
未有明显差异,均为胶粘剂本体破坏或胶粘剂与玻璃钢间
的界面破坏。
二、道生 TS390/395 单搭接拉伸剪切测试
表3 道生TS380/385剪切强度测试结果(单位:MPa)
编号 开放时间 /0h 开放时间 /1h 开放时间 /2h 开放时间 /3h
1 16.74 16.54 16.13 15.73
2 16.04 15.72 15.34 15.56
3 16.71 15.58 16.00 15.85
4 17.63 16.80 15.83 15.72
5 17.17 16.14 15.59 15.85
6 17.11 15.33 15.98 16.05
7 / 16.23 / 15.62
平均值 16.90 16.05 15.81 15.77
(a)0h
(c)2h
图3 道生TS380/385试样载荷-位移曲线
(b)1h
(d)3h
Technology | 技术
2024年第09期 77
表4 道生TS390/395剪切强度测试结果(单位:MPa)
编号 开放时间 /0h 开放时间 /1h 开放时间 /2h 开放时间 /3h
1 18.87 20.21 19.42 19.65
2 23.32 21.95 20.64 19.80
3 22.05 21.81 22.44 22.00
4 24.72 22.10 21.08 19.10
5 21.85 22.21 22.50 19.19
6 20.93 23.14 21.02 20.18
平均值 21.96 21.90 21.18 19.99
(a)0h (b)1h
图4 道生TS380/385试样破坏照片
(a)0h (b)1h (c)2h (d)3h
由表 4 及图 5、图 6 可以看出,随着开放时间的增加,
道生 TS390/395 胶粘剂单搭接拉伸剪切强度有所下降,由
0h 21.96MPa 3h 19.99MPa
从试样破坏情况来看,随着开放时间增加,试样破坏形式
未有明显差异,均为胶粘剂本体破坏或胶粘剂与玻璃钢间
的界面破坏。
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78 风能 Wind Energy
(c)2h
图5 道生TS390/395试样载荷-位移曲线
(d)3h
图6 道生TS390/395试样破坏照片
(a)0h (b)1h (c)2h (d)3h
表5 康达WD3135D/WD3137D剪切强度测试结果(单位:MPa)
编号 开放时间 /0h 开放时间 /1h 开放时间 /2h 开放时间 /3h
1 18.88 18.44 17.91 14.76
2 17.65 18.23 16.78 14.90
3 18.03 18.05 16.28 14.15
4 18.28 17.56 18.89 14.48
5 18.15 18.16 17.03 15.05
6 18.20 17.69 16.08 14.82
平均值 18.20 18.02 17.16 14.69
三、康达 WD3135D/WD3137D 单搭接拉伸剪切测试
由表 5 及图 7、图 8 可以看出,随着开放时间的增加,
康达 WD3135D/WD3137D 胶粘剂单搭接拉伸剪切强度下
降较为明显,由开放时间 0h 时的 18.20MPa 降低至 3h
14.69MPa, 19.3% 看,
开放时间增加,试样破坏形式未有明显差异,均为胶粘剂
本体破坏或胶粘剂与玻璃钢间的界面破坏。
四、试验结果汇总分析
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2024年第09期 79
图8 康达WD3135D/WD3137D试样破坏照片
(a)0h (b)1h (c)2h (d)3h
(a)0h (b)1h
(c)2h
图7 康达WD3135D/WD3137D试样载荷-位移曲线
(d)3h
不同开放时间下,道 TS380/385、道 TS390/395、
康达 WD3135D/WD3137D 胶粘剂剪切强度如图 9 所示。
由图 9 可以看出,随着开放时间的增加,3 种类型胶
粘剂单搭接拉伸剪切强度均有不同程度的下降。其中,道
TS380/385 TS390/395 粘剂切强
化较小,未有明显降低 开放时间 2h 内分别下降 6.4%
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80 风能 Wind Energy
3.5%,当开放时间为 3h 时,其拉伸剪切强度分别衰减 6.7%、
9.0%。康达 WD3135D/WD3137D 胶粘剂单搭接拉伸剪切强
度由变化不大到明显降低 开放时间 2h 内变化较小,下降
5.7%,当开放时间为 3h 时,其拉伸剪切强度衰减 19.3%。
这可能是由于随着开放时间的延长,胶粘剂暴露于空
气中会与空气中的水气、氧气接触发生氧化、热分解反应
等导致其分子链断裂或交联结构破坏,进而影响胶粘剂内
部结构,最终导致胶粘剂粘接性能的下降。同时,随着开
放时间的延长,胶粘剂中的固化剂容易挥发出胺类气体
降低固化剂的活性,进而也会影响胶粘剂的粘接性能。抗
氧化剂和胺类在胶粘剂中扮演着不可或缺的角色,它们通
过不同的作用机制共同作用,提高胶粘剂的稳定性、耐
用性和安全性,确保胶粘剂保持良好的粘接性能。道生
TS380/385、道生 TS390/395 及康达 WD3135D/WD3137D
胶粘剂中所添加的抗氧化剂类型差异、胺类气体的挥发速
度差异等导致了三种胶粘剂在不同开放时间下呈现出不同
程度的拉伸剪切强度衰减。
结论
本文开展了不同开放时间对不同类型胶粘剂拉伸剪
切性能影响的试验研究。根据试验结果,随着开放时间的
增加,3 种类型胶粘剂单搭接拉伸剪切强度均有不同程度
的下降。目前,常用道 TS380/385、道生 TS390/395、
WD3135D/WD3137D 2h
切性能下降幅度均小于 10%,且均满足设计要求,可以
满足风电叶片正常使用要求。但开放时间超过 2h 后不
同胶粘剂的剪切性能呈现不同程度的下降趋势,其中
WD3135D/WD3137D 胶粘剂拉伸剪切强度衰减较为明
。结合胶粘剂可操作时间及现场实际涂胶工艺路线等
因素,建议合模时胶粘剂涂胶完毕后尽量在 2h 内进行合
,以降低空气中氧化、胺类气体挥发等对胶粘剂粘接
性能的影响。
(作者单位 中国船舶集团有限公司第七二五研究所,洛阳双瑞风
电叶片有限公司)
图9 不同开放时间下胶粘剂剪切强度变化曲线
24
22
20
18
16
14
12
剪切强度 /MPa
开放时间 /h
0 1 2 3
TS380/385
TS390/395
WD3135D/WD3137D
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2024年第09期 81
技术 | Technology
82 风能 Wind Energy
中国优质的风能资源主要集中在“三北”和近海地区,
中东南部地区风能资源相对较差 1。随着风电项目的建设
传统风能资源较为丰富的地区基本都已经得到开发。近年
来,中东南部地区成为中国风电开发的重要区域 2,3。由于
近地层大气运动受地形遮挡、大气环流和太阳辐射变化周
期等多重因素影响,近地层风速表现出时空分布不均匀性 4
进而影响风电项目选址和设备选型等各项工作,因此,对
拟开发风电场开展准确的风能资源评估至关重要。本文以
河南某风电场为例,采用当地测风塔实测数据和气象站历
史观测资料,选取测风塔实测风速、风向、气温、气压等
风能参数,根据风能资源评估方法开展数据分析与低风速
风能资源评价,较为全面地研究了风电场风能资源情况
以期为类似风电场的开发利用提供参考。
测风资料
一、测风塔信息
该风电场场区东西跨度约 20km,南北跨度约 30km,
海拔高度介于 45 55m,属于内陆平原。风电场内设立了
1 座高度为 150m 的测风塔, 2019 12 19 日开始观测。
该测风塔位于 11 56′ 45′′ E、3 59′ 29′′ N,海拔高度为
50m 7 层, 150、140、120、
100、80、50、30m 处(为塔影速的响,150m
处有两套测风设备,分别布置在 S、N 两个方向上)风向
观测设有 3 层,分别在塔高 150、100、50m 气温和气
基于平原地区的风电场风能资源分析
方法与综合评价研究
| 曹善桥
压观测均设在塔高 10m 处。
本研究选取的测风塔观测时段为 2020 1 1 日—
2021 12 31 日,构成 2 个完整观测年。按照相关规
范对测风塔测得的原始数据进行完整性和合理性检验后,
统计得出该观测时段内,各层风向和风速的 10min 平均
值有效数据完整率均在 95% 以上,无效数据均为仪器故
障导致。
二、气象站资料
距离该风电场最近的气象站为睢县气象站(与测
风塔的直线距离约为51km,位于1106′37″E
3 26′ 59″ N,海拔高度为 56.3m。该气象站为国家基本
气象站,始建于 1958 ,至今未迁站。采用的观测仪器
1959年1月1日至1969年5月31日
1969年6月1日至2005年12月31日
风向风速计(人工观测)2006 1 1 日至今为单翼风
向风速传感器(自动观测)
选取该气象站 19872016 年观测资料进行风能参数
统计分析。
评估方法
本文主要依据《风电场风能资源测量方法》GB/T
187092002《风电场气象观测资料审核、插补与订正
(GB/T 37523—2019)
测量与评估技术规范》NB/T 311472018)等相关规范
1: 朱蓉,王阳,向洋,等 . 中国风能资源气候特征和开发潜力研究 [J]. 太阳能学报,2021,42(6)409 418.
2: 朱蓉,徐红,龚强,等 . 中国风能开发利用的风环境区划 [J]. 太阳能学报,2023,44(3)55 66.
3: 谢国辉,何永胜,王卿然 . 中国东中部地区风电发展前景分析 [J]. 中国电力,2018,51(3)100 104.
4: 李艳,王元,汤剑平 . 中国近地层风能资源的时空变化特征 [J]. 南京大学学报(自然科学版),2007(3)280 291.
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2024年第09期 83
5: 柳成,王天宇,曲永印,等 . 风电场的风力资源分析以及场址选择 [J]. 太阳能学报,2016,37(11)2835 2842.
6: 靳晶新,叶林,吴丹曼,等 . 风能资源评估方法综述 [J]. 电力建设,2017,38(4)1 8.
7: 刘天胜,夏德喜 . 风资源精细化测量评估 - 测风塔塔影效应分析 [J]. 水电与新能源,2024,38(1)16 20.
检验测风资料合理性及完整性,并进行风能资源参数计算
结合长年代风能资源大小风年评估订正Weibull 风频分
布及五倍风速法推算 50 年一遇极端风速等方法,对风电场
风能资源进行综合分析与评估 5,6
为纠正塔影效应影响,将对实测数据进行修正。150m
高度处,在 S、N 方向各得到一组测风数据,取两组测风数
据的平均值作为 150m 高度处的测风数据,得到矫正后的
风能资源参数 7
风电场风能资源的分析与评估
一、气象站风能参数情况
根据睢县气象站 1987—2016 年观测资料统计,年平均
气温 14.1℃,极端最高气温 40.0℃,极端最低气温 -17.6℃;
年平均气压 1010.1hPa,年平均水汽压 14.1hPa 年平均
相对湿度 74%。
从风速年际变化来看,如表 1 所示,近 30 年(1987—
2016 年)的平均风速为 2.01m/s,其中,更换自动记录测
11 年(2006—2016 年) 1.80m/s。
年平均风速最大值为 2.46m/s(1991 年),年平均风速最小
值为 1.66m/s(2011 年)
气象站周围的建筑物逐年增多,城市化进程明显加快。
除去设备更换前后的影响,睢县气象站测得的年平均风速
总体趋势呈缓慢下降趋势,尤其是 2007 年以后,年平均风
速比之前明显减小(图 1)
从风速年内变化来看,如图 2 所示,各月平均风速在
1.5~2.6m/s 化。大,中,3 月、4
风速最大 秋季风速较小,其中8 月风速最小。统计睢
县气象站多年风向频率,如图 3 所示,该地区主导风向为
NNE,相应频率为 9%。
表1 气象站历年逐月平均风速统计(单位:m/s)
统计月份 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 年平均
1987—
2016 1.9 2.2 2.6 2.6 2.2 2.1 1.9 1.5 1.6 1.7 1.9 1.9 2.01
2006—
2016 1.8 2.1 2.3 2.1 2.0 1.8 1.6 1.4 1.4 1.5 1.8 1.8 1.80
图1 气象站风速年际变化直方图
风速 /(m/s)
技术 | Technology
84 风能 Wind Energy
图2 气象站风速年内变化直方图
图4 测风塔实测平均风速月变化曲线
图5 测风塔实测平均风速日变化曲线
图3 气象站风向玫瑰图
二、测风塔实测风能参数情况
(一)平均风速
观测年测风塔不同高度处的实测平均风速月变化如
4 示。知, 30、50、80、100、120、
140、150S、150Nm 高度处的年平均风速分别为 2.73、3.66、
4.62、4.92、5.35、5.56、5.65、5.67m/s。
平均风速基本呈现出随高度上升而增大的趋势 各高度处
逐月平均风速最大值均出现在 3 月,最小值均出现在 8
150m 高度处的各月平均风速在 4.64 6.82m/s 之间。
由测风塔不同高度处的实测平均风速的日变化(图 5
知,150m 4.31 6.92m/s
之间。其中,20 00—次日 07 00 是全天风速相对较大的
时段,09 00—17 00 是全天风速相对较小的时段。测风
30 50m 各层高度实测平均风速日变化趋势整体为夜
间较小、白天较大 80m 以上各层高度平均风速日变化趋
势整体为傍晚到夜间较大、白天较小。
(二)风功率密度
测风塔 30、50、80、100、120、140、150S、150Nm
29.1、53.1、101.1、
125.9、161.4、186.2、200.7、200.9W/m2。测风塔不同高
度处的平均风功率密度月变化曲线如图 6 所示。
对比图 6 与图 4 可知,该测风塔各高度处逐月平均风
功率密度与平均风速变化趋势较为一致,最大值均出现在 3
,最小值均出现在 8 月。测风塔 150m 高度处各月平均
功率 109.5 340.7W/m2之间,月平均风功率密
度有 6 个月(2、3、4、5、11、12 月)在 200W/m2以上。
3.0
2.5
2.0
1.5
1.0
0.5
0.0
风速 /(m/s)
月份
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
实测风速 /(m/s)实测风速 /(m/s)
S
7
6
5
4
3
2
7
6
5
4
3
2
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24
月份
时刻
30m
30m
50m
50m
80m
80m
150Sm
150Sm
150Nm
150Nm
100m
100m
120m
120m
140m
140m
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2024年第09期 85
图8 测风塔150m高度处的风速和风能频率分布直方图
图7 测风塔平均风功率密度日变化曲线
测风塔不同高度处的平均风功率密度的日变化曲线如
7 所示。
对比图 7 与图 5 可知,测风塔各高度处的平均风功
率密度的日变化趋势与平均风速的日变化趋势较为相似
30 50m 各层高度平均风功率密度的日变化趋势为夜间略
、白天略大 80m 以上各层高度平均风功率密度的日变
化趋势基本为夜间较大、白天较小。
(三)风速频率和风能频率分布
测风塔 150m 高度处的风速和风能频率分布直方图如
8 所示。由图可知150m 高度处的风速频率主要集中在
2.0 9.0m/s 风速段, 81.9% 9.0m/s 以上风
的风速频率为 12.6%。风能频率主要集中在 5.5 13.0m/s
速段,风能频率为 84.1%。有效风频较为集中,利于风能
利用。
采用威布尔分布函数对风频曲线进行拟合,得到其二
参数概率密度函数 8
f(x)=K
A
(X
A
)K1exp[X
A
]K (1)
式中f(x) 是风速概率密度函数A 是尺度参数K
是形状参数。
为了更好地了解风能资源的分布情况,分别采用了
WAsP、最小二乘法、最大似然法对实测数据进行拟合,测
风塔 150m 高度处威布尔分布风频拟合参数如表 2 所示
8: 吴息,吴文倩,王彬滨 . 城市化对近地层风速概率分布及参数的影响 [J]. 气象学报,2016,74(4)623 632.
拟合曲线如图 9 所示。由表 2 及图 9 可知,WAsP、最小二
乘法、最大似然法均表明该风电场风能资源分布相对集中
利于风电场风能资源开发利用。
8
7
6
5
4
3
2
1
0
频率 /%
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
风速 /(m/s)
风速频率
风能频率
表2 测风塔150m高度处威布尔分布风频拟合参数
算法 威布尔 K
参数
威布尔 A
参数
威布尔均
/(m/s)
功率密度 /
(W/m²)
相关
系数
WAsP 2.19 6.44 5.73 198.3 0.994
最小二
乘法 1.93 6.08 5.70 188.0 0.972
最大似
然法 2.07 6.34 5.71 199.6 0.996
实测
数据 5.63 198.5
图6 测风塔平均风功率密度月变化曲线
实测功率密度 /(W/m2
实测功率密度 /(W/m2
时刻
30m 50m 80m 100m
120m 140m 150Sm 150Nm
350
300
250
200
150
100
50
0
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24
350
300
250
200
150
100
50
0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
月份
30m 50m 80m
150Sm 150Nm
100m
120m 140m
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8
7
6
5
4
3
2
1
0
频率 /%
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
风速 /(m/s)
实测数据
最小二乘法
最大似然法
WAsP
图9 测风塔150m高度处威布尔分布风频拟合曲线
图10 测风塔150m高度处的风向和风能玫瑰图
(a)风向 (b)风能
(四)主风向和主风能
测风塔150m高度处的风向和风能玫瑰图如图10所示。
由图可知,测风塔 150m 高度处全年最多的风向为 NNE
风向频率为 10.1% 次多的风向为 SSSW,风向频率均
8.4%。150m 高度处的风能主要分布在 NNE、S SSW
扇区。其中,NNE 风向的风能频率最大,为 11.7% 其次
SSW 风向,风能频率为 9.7% 再次为 SW 风向,风能
频率为 9.6%。由此可见,测风塔 150m 高度处的风能分布
和风向分布基本一致,这种特征有利于风电机组的排列布
局及风能资源的利用。
9: 谢今范,刘玉英,于莉,等 . 二参数 Weibull 分布在风能资源参数长年代订正中的应用探讨 [J]. 太阳能学报,2015,36(11)2830 2836.
(五)湍流强度和风切变指数
影响湍流的主要因素是地表粗糙度、高空地转风强度、
Coriolis 力及热力效应。湍流强度可以表征瞬时风速偏离
平均风速的程度,是评价气流稳定程度的指标。湍流强度
会影响风电机组的输出功率,可能引起极端荷载,影响风
电机组的整体性能。湍流强度 I 是湍流总体水平的量度,
义如下式 9
I=
δ
!
v
(2)
式中,δ 为风速变化的标准差,m/s
!
v
为平均风速
m/s。
由表 3 知,测风塔各高度处(15±0.5)m/s 风速段
的平均湍流强度和代表湍流强度均较小。
风切变指数是风速在垂直于风向平面内变化的指数
反映了风速随高度变化的大小,用于描述风速剖面线形状
的幂定律指数。风切变指数的大小直接影响风能资源的利
用效率和风电设备的设计,在风电场规划和设计中具有重
要意义。其定义如下式
α
=log(
v
1
v2
)
log( z1
z
2
)
(3)
N N
NNE NNE
NE NE
ENE ENE
E E
ESE ESE
SE SE
SSE SSE
S S
SSW SSW
SW SW
WSW WSW
W W
WNW WNW
NW NW
NNW NNW
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2024年第09期 87
式中,α 为风切变指数 z1、z2为高度,m v1、v2
对应高度的风速,m/s。
测风塔不同高度处的年均风速垂直廓线如图 11 所示
采用幂指数方法,计算得到测风塔 30 150m 的风切变指
数为 0.468,风切变指数较大。
(六)长年代订正
周围环境对地面气象影响较大,而探空资料不受周
围环境影响,可以很好地弥补这一缺点。有研究表明,中
尺度再分析数据在中国区域的适用性较好,尤其是 ERA-5
(ECMWF Reanalysis v5) 10。因此,本研究
采用 ERA-5 中尺度再分析数据 100m 高度处的风能资源数
据对测风塔进行长年代风能资源评估。
ERA-5 再分析资料的多年平均风速统计如表 4 所示。
用2020年1月1日2021年12月31日
150m 高度的逐 10min 风速和风向数据分析风电场项目场
址内的风能资源情况,采用中尺度再分析 ERA-5 数据对
风电场多年风速变化情况进行大小风年的判断。根据场区
ERA-5 1993 1 —2022 1
逐时风速数据,近年风速变化较平稳,30 年的平均风速为
4.84m/s,20 4.82m/s,10
4.80m/s。测风塔同期测风年的平均风速为 4.73m/s,测
风年的平均风速和 20 年的平均风速差值为 0.09m/s,判定
为小风年,偏小比例为 1.86%。按照《风电场气象观测资
核、(GB/T 37523—2019)
行分扇区订正,订正后 150m 高度处的风速为 5.75m/s
10: 赵佳莹,徐海明 . 中国区域探空资料与再分析资料风速场的对比分析 [J]. 气候与环境研究,2014,19(5)587 600.
11: 冯长青,包紫光,王成富 . 风电场 50 年一遇安全风速计算方法的对比分析 [J]. 电网与清洁能源,2011,27(2)67 70.
功率密度为 204.9W/m2
(七)风电场 50 年一遇极端风速
50 年一遇最大风速是风电场开发建设过程中风电机组
选型和经济性评估的关键指标之一,决定了风电机组的极限
荷载 11。以睢县气象站和测风塔 150m 高度处 5 日最大风速为
样本,建立相关方程进行推算,可得到标准空气密度下,测
风塔 150m 高度处 50 年一遇最大风速为 28.50m/s。据阵
系数 1.4,可推算出标准空气密度下,测风塔 150m 高度处
50 39.90m/s。 IEC 61400-1 2005
“风电机组设计要求”章节关于风电机组安全分级的说明,
该风电场适合选择Ⅲ C 及以上安全等级的风电机组。
表3 测风塔平均湍流强度和代表湍流强度
高度 /m 30 50 80 100 120 140 150S 150N
(15±0.5)m/s 段平均
湍流强度 0.156 0.188 0.172 0.142 0.136 0.041 0.072 0.071
(15±0.5)m/s 段代表
湍流强度 0.156 0.273 0.219 0.186 0.215 0.083 0.133 0.140
图11 测风塔不同高度处的年均风速垂直廓线
离地高度 /m
平均风速 /(m/s)
技术 | Technology
88 风能 Wind Energy
结论
本文通过该风电场内测风塔的实测资料及周围气象站
的历史观测资料,对该地区风电场的风能资源进行了分析
与评估,得到如下结论
1150m 高度处长年代年平均风速为 5.75m/s,年平
均风功率密度为 204.9W/m2。30 50m 各层高度的平均风
速和平均风功率密度为白天较大、夜晚较小,80m 以上各层
高度的平均风速和平均风功率密度为白天较小、夜晚较大。
2)测风塔测得的平均风速和平均风功率密度的月变
化和日变化趋势较为一致,月变化最大值均出现在 3
最小值均出现在 8 月。
(3)测风塔各高度处(15±0.5)m/s 风速段的平均湍
流强度和代表湍流强度均较小。测风塔 30 150m 的风切
变指数较大,为 0.468。
4)标准空气密度下,测风塔 150m 高度处 50 年一
28.50m/s、39.90m/s。根
据相关标准,该风电场适合安装Ⅲ C 及以上安全等级的风
电机组。
(作者单位 大唐可再生能源试验研究院有限公司)
表4 测风塔ERA-5数据多年平均风速统计
年份 平均风速 /(m/s) 年份 平均风速 /(m/s)
1993 4.85 2008 4.81
1994 4.91 2009 4.77
1995 4.78 2010 5.06
1996 4.86 2011 4.71
1997 4.87 2012 4.70
1998 5.00 2013 5.09
1999 4.85 2014 4.89
2000 4.88 2015 4.71
2001 4.90 2016 4.88
2002 4.93 2017 4.72
2003 4.92 2018 4.90
2004 4.91 2019 4.60
2005 4.89 2020 4.49
2006 4.86 2021 4.97
2007 4.78 2022 4.77
Technology | 技术
2024年第09期 89
技术 | Technology
90 风能 Wind Energy
目前,国内风电场的汇集线大多是接入变电站 35kV
中性点不接地系统,这种接线方式在出现接地短路故障时
会产生较大的对地电容。为降低故障电流对设备和人员的
危害,普遍采取的措施是通过接地变压器引出中性点,连
接消弧线圈或小电阻,使得系统在发生单相接地故障时能
够有效地抑制过电压,降低故障电流。
接地变压器作为系统发生接地故障时的重要保护设备,
其运行状态直接影响到整个风电场电气系统的安全。然而
在出现接地故障时,接地系统保护失效的情况时有发生
导致风电场设备损坏、电力供应中断等严重后果。本文通
过一起小电阻接地系统接地变压器发生单相接地的故障
分析了中性点经小电阻接地系统发生单相接地时的电压和
电流分布规律,对接地变压器保护配置及定值整定进行探
,解决小电阻接地系统中,接地变压器单相接地故障可
能导致保护装置灵敏度不足,无法及时切除故障的问题
以及提出优化保护定值整定、加强系统运行维护等措施。
故障概述及仿真
某风电场发生一起接地变压器烧损事故,根据监控视
,接地变压器室内发生接地变压器内部着火,短时间造
成设备严重烧损(图 1。事故中,系统无继电保护动作
断路器跳闸,故障录波装置未监测到故障波形。
为分析故障原因,采用 220kV 变电站仿真系统对故障
进行了还原,该系统是由实时仿真计算机平台、真实的变
电站二次设备、模拟断路器、模拟刀闸等有机结合于一体
的数字物理混合仿真系统,具备系统搭建、模拟运行、故
障触发等功能。
按照发生事故的系统结构搭建了 35kV 系统模型,模
新能源场站接地变压器保护配置研究
| 黄晓杰,张广磊
拟事故设备的运行方式。由于事故设备未触发保护,为便
于分析,在仿真系统中对故障电流进行了放大 7 倍处理
模拟过流保护动作,生成故障电压、电流波形,基于波形
分析电压电流特征,研究保护不动作的原因。
一、仿真系统运行方式
220kV 变电站仿真系统 35kV 系统运行方式如图 2
示,风 XIII 线和 XIV 线 35kV III 线,
35kV 为经小电阻接地系统,接地变压器配置有两段式过电
流保护和两段式零序电流保护。
按照中国电力行业标准《3kV 110kV 电网继电保护
装置运行整定规程》(DL/T 584—2017)中“接地变压器配
置有反映相间短路的过流 I 、过流 II 段和反映接地故障
的零序电流保护”的规定,系统保护定值如表 1 所示。
二、模拟故障过程及处置
220kV 变电站仿真系统 35kV 接地变本体上设置 A
相单相接地故障,触发该故障后,监控系统故障报文如下
8 17,35kV 3 号接地变压器过流 I 段保护动作。
8 18,35kV 3 号接地变压器 355 开关分闸。
8 18,3 号主变低压侧 303 开关分闸。
8 18,35kV III 段母线 PT 断线。
图1 接地变压器故障
Technology | 技术
2024年第09期 91
图2 35kV系统运行方式
表1 接地变压器保护定值
配置保护 保护定值 /A 时限 /s
流I段 25 0
过流 II 4.92 0.3
零序电流 I 13 0.8
零序电流 II 7.8 1.1
接地变压器单相接地电气量特征分析
如图 3 所示,针对接地变压器配置的过电流保护,检
测的 A、B、C 三相电流取自开关柜内三相电流互感器
对配置的零序电流保护,检测的零序电流取自高压零序(开
关柜内三相电流互感器之和)。故障录波如图 4 所示。
一、电压特征
35kV 系统为小电流接地系统,正常运行时,三相电压
衡,三相电压有效值为 20kV,中性点 N 点电位为零
当接地变压器发生故障时,故障相 A 相电压为零,中性
N 点电位发生偏移,产生零序电压 1,有效值为 20kV,
非故障相 B、C 相对地电压相应发生偏移,B、C 相电压
有效值升高为 35kV。根据图 4,判断发生 A 相单相接地
故障。
二、电流分布特征
根据图 4,故障相 A 相电流增大,B、C 相电流相应增大,
其中A 相电流有效值为 30.19ABC 相电流有效值为
15.09A,A 相电流为 B、C 相电流之和,三相电流之和为 0,
不产生零序电流,波形中零序电流为 0。
当发生单相接地故障(以 A 相接地为例)时,系统中
存在正序、负序和零序电压 2,电流的分布取决于系统中的
正序、负序和零序网络结构,因此,只需确定系统中的各
序网络,即能找出故障电流的分布规律。
单相接地故障的相分量边界条件为
1: 郭丽伟,薛永端,张林利,等.含分布式电源的小电阻接地方式配电网单相接地故障分析 [J]. 电力系统及其自动化,2015,39(20)116 123.
2: 韩祯祥 .《电力系统分析(第五版)》[M]. 浙江大学出版社,2014.
技术 | Technology
92 风能 Wind Energy
图4 故障录波
!
Uka =0
!
I
kb
=!
I
kc
=0
用序分量表示为
!
I
ka(1)
=!
I
ka(2)
+!
I
ka(0)
!
U
ka(1) +!
Uka(2) +!
Uka(0) =0
将序电压方程和边界条件联立求解可得复合序网(图5)
!
Ika(1) =!
Ea
z(1)+
z(2)
+z(0)
=!
Ika(0) =
!
Uka(0)
z(0)
!
Ik=3!
Ik(0) =3!
Uk(0)
z(0)
式中,Uka 为故障点 A 相电压,Ikb、Ikc 为故障点 B 相、
C 流,Ika(1)
、Ika(2)
、Ika(0)为故障点 A 相正序、负序
和零序电流Uka(1)
、Uka(2)
、Uka(0) 为故障点 A 相正序
负序和零序电压,Ea为系统电压,zΣ(1)
、zΣ(2)
、zΣ(0)为系
统正序、负序和零序等值阻抗,Ik为故障电流。
因此,当电力系统发生单相接地故障时,只需确定系
统中的零序网络,即能求得故障电流。
三、故障电流分布
35kV 接地变压器单相接地时,故障电流分布如图 6
所示。
图5 序网
图3 交流电流回路接线
!
I
ka(1)
z(2)
!
Ika(2)
z(0)
!
I
ka(0)
!
U
ka(1)
!
Uka(2)
!
U
ka(0)
z(1)
!
E
a
Technology | 技术
2024年第09期 93
图6 故障电流分布
表2 接地变压器铭牌参数
名称 单位 参数
额定容量 kVA 4200
短路阻抗 8%
计算电抗 Ω 1.9
高压侧额定电流 A 65.5
高压侧相保护 CT 变比 200/5
高压侧二次额定电流 A 1.64
零序电流
主变
接地变 支路 n
电流互感器 CT
当接地变压器发生 A 相单相接地故障时,故障点和接
地变压器中性点接地电阻形成接地回路,零序电流不通过
开关柜内三相电流互感器,故障电流波形中无零序电流。
接地变压器开关柜内电流互感器检测到 A、B、C 三相
均有正序和负序电流,故障相 A 相电流为 2I0非故障相 B、
C 相电流为 -I0三相电流之和为 0。接地变压器故障点 A、B、
C 三相电流计算分析如下
!
Ika =
!
Ika(1) +
!
Ika(2) =
2!
Ika(0)
!
Ikb =!
Ikb(1) +!
Ikb( 2) =
α
2!
Ika(1) +
α
!
Ika(2) =!
Ika(0)
!
Ikc =!
Ikc(1) +!
Ikc(2 ) =
α
!
Ika(1) +
α
2!
Ika(2) =!
Ika(0)
!
Ika +!
Ikb +!
Ikc =0
式中,Ika 为故障点 A 相电流,Ikb(1)
、Ikb(2)
、Ikb(0)
故障点 B 相正序、负序、零序电流Ikc(1)
、Ikc(2)
、Ikc(0)
为故障点 C 相正序、负序、零序电流,α、α2为旋转因子。
综上可知,当仿真接地变压器发生单相接地故障
时,接入继电保护装置的电流互感器无法检测到零序电
流,零序保护不能正确动作以快速切除故障点 故障相
检测到的故障电流大于过电流保护定值,保护动作切除
故障点。
接地变压器保护配置及定值整定
接地变压器配置了两段式过流保护和两段式零序保护,
其中零序保护的触发条件为 35kV 母线上所接分支线路和母
线本身发生单相接地,过流保护的触发条件为接地变本体
任意一相电流互感器监测到电流大于定值。保护定值整定
原则如下
一、电流速断保护
接地变压器铭牌参数如表 2 所示。
按躲过接地变压器励磁涌流整定,动作电流计算如下
I
op
=10I
e
=10 ×1.64 =16.4 A
式中,Iop 为动作电流,Ie为额定电流。
按躲过区外单相接地时流过接地变压器的最大故障相
电流整定,动作电流计算如下
I
op
=K
rel
×(I
max
(1)
/ 3)
n
a
=1.5 ×I
0
200 / 5 =25 A
中,Imax 为最大故障相电流Krel 为可靠系数na
为电流互感器变比,I0为零序电流。
取以上项最大值,电流速断保护定值整定为 25A。按
灵敏系数大于等于 1.2 校验,该值满足要求。
二、过电流保护
按躲过接地变压器额定电流整定,动作电流计算如下
I
op
=K
rel
I
e
=3×1.64 =4.92 A
经计算,过电流保护定值整定为 4.92A。按灵敏系数
大于等于 1.3 校验,该值满足要求。
三、零序电流保护
按保证单相接地故障有足够灵敏度整定,动作时间应
大于母线各连接元件零序电流 II 段的最长动作时间。
Iop =Imax
(1)
K
sen
n
a
=1
3
×3I0
200 / 5 =15A
技术 | Technology
94 风能 Wind Energy
式中,Ksen 为灵敏系数,取值为 3。
根据仿真结果,接地变压器单相接地时,开关柜内电
流互感器未检测到零序电流,零序保护不动作 三相电流
互感器检测到电流增大,其中故障相 A 相电源侧电流互感
器监测到 2I0的故障电流,动作电流二次值为 30A,大于电
流速断保护的定值 25A,所以电流速断保护正确动作,接
地变压器开关跳闸。但由于现有的 I 段保护定值超过 10
额定电流,不能有效检测到接地变压器的接地电流,因此,
应对该值进行进一步整定。
结论
按照中国电力行业标准《3kV 110kV 电网继电保
护装置运行整定规程》(DL/T 584—2017)“接地变压器
配置的零序保护不能作为接地变压器自身发生单相接地
的主保护,接地变压器配置的过流 I 段和过流 II 段保护
仅能作为接地变压器发生相间短路的主保护”的规定进
行保护配置,当接地变压器发生单相接地故障时,零序
保护和过流 I 段、过流 II 段保护均不能动作,无法将故
障切除。
为避免接地变压器单相接地故障时保护不动作,造成
事故扩大,可采取以下措施
1. 增设速断保护
在接地变压器电源侧增设速断保护,保护定值大小按
照躲过接地变压器额定电流整定,一般取 1.2~1.3 倍额定电
,延时较接地变压器零序Ⅱ段时间多一个时间级差。当
检测到单相接地故障时,能够迅速切断故障电路,以减少
故障持续时间,防止设备损坏。
2. 改进保护配置
优化保护配置,完善接地变压器发生接地故障时的状
态检测范围,将温度、三相电流限值报警等状态信息纳入
保护配置,提高保护的可靠性和灵敏度。
3. 优化零序电流采集点
建议将零序电流采集点由本案例中靠近母线断路器侧
优化至接地电阻柜内的零序电流互感器,确保采集信号真
实反映接地变压器发生单相接地时的故障电流。
(作者单位 黄晓杰 龙源电力新能源培训中心 张广磊 北京鉴
衡认证中心有限公司)
摄影 鲍舒航
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2024年第09期 95
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