今年8月,陕西省能源局批准中国绿发陕西分公司靖边风电场(以下简称“靖边风电场”)一期项目100兆瓦风电改造增容项目,目前相关筹备工作正在紧锣密鼓地开展。

图为靖边风电场。 受访者供图

中国绿发陕西分公司党支部书记、负责人刘树国日前接受科技日报记者采访时介绍,靖边风电场是陕西首个并网的风力发电场。如今,它又成为国家能源设备更新相关政策出台后陕西首个风电场改造升级项目。

提升发电能力

靖边风电场投运近14年,一期项目38台机组年利用小时数为1673小时,累计发电10.33亿千瓦时,创造经济价值6亿元,每年节约标煤2.4万吨,减少二氧化碳排放7.45万吨。

然而,这座风电场由于建成时间较早,风能资源利用不充分,风机技术有待进一步提升。风机设备发电效率与目前主流风机相比偏低,已经不能满足当前对可再生能源的需求。

“目前老旧机组一年的运维费用约为300万元,主要消耗在风机日常维护所需的材料、大部件更换上。”靖边风电场场长慕宏给记者算了一笔账。

榆林市靖边县地处陕西“风口”,是陕西省风能资源的核心区,风速达到6米/秒以上,年有效发电小时数可达2200小时。通过“以大换小”,风电场将原来的部分老旧机组替换为容量更大、叶片更长、塔筒更高的风电机组。“新机组的捕风能力将实现跨越式升级,单机等效满发小时数增长近1.5倍。”慕宏介绍,靖边风电场一期项目原有38台风电机组,单机容量为1.25兆瓦,高度65米,叶轮直径70米;改造升级后,拟安装16台单机容量为6.25兆瓦的风电机组,风机高度125米,叶轮直径220米。

改造升级项目完成后,靖边风电场一期项目总装机容量将由47.5兆瓦增容至100兆瓦,年发电量将达2.44亿千瓦时,年利用小时数可达2441小时。此外,每年可节约标煤7.36万吨,减排二氧化碳22.86万吨。

“以大换小”,用更少的风机实现更高的发电能力,整体上有利于减少风机占地面积,腾出发展空间。改造升级项目不仅提高了风电机组的整体发电能力及运行可靠性,还节约了近7亩土地。“考虑到原有风电机组距离临近村庄直线距离约150米,我们主动调整设计方案,减少机位,不再使用临近村庄的风机点位,能减少风机噪音干扰,切实提升周边村民的生活幸福感。”慕宏说。

强化技术支撑

近年来,我国新能源产业迅速发展,装机规模快速增长,而风电等新能源电源具有不稳定性,高比例新能源并网给电力系统的稳定运行带来挑战。

靖边风电场改造增容项目采用目前行业内领先的自同步电压源友好并网技术。该技术由中国绿发投资集团有限公司联合上海交通大学自主研发,有利于提升新能源并网的稳定性。

上海交通大学能源研究院副院长、国家能源智能电网(上海)研发中心常务副主任蔡旭说,自同步电压源友好并网技术可让新能源机组具备构建电压和频率的能力,在电力系统出现部分毫秒级故障时提供暂态支撑,有助于提升新型电力系统的稳定运行能力。

在甘肃省干河口南北风电场,自同步电压源友好并网技术已开展示范应用。2023年,国家能源局公布第三批能源领域首台(套)重大技术装备(项目)名单,“基于双馈风电机组采用自同步电压源控制体现同步机特性的百兆瓦级风力发电系统”入选。

“靖边风电场的16台6.25兆瓦大型机组将全部采用自同步电压源控制技术,使风电机组在并网时具备自主调节电压和频率的能力,既达到可与传统火电机组相媲美的稳定性,又能拥有传统火电机组不具备的离网运行、黑启动等能力。”刘树国说。

中国可再生能源学会风能专业委员会秘书长秦海岩认为,通过改造升级,把更先进的设备应用到风电场、光伏电站,再结合输电设备和火电进行灵活性改造,可提升新能源消纳能力。

推进循环利用

靖边风电场设备“上新”,是我国风电场改造升级的缩影。

我国多地积极开展风电场改造升级试点探索。今年7月底,河北省11个风电场改造升级项目获得国家首批批复,进行改造升级和设备更新后,规模将由52.95万千瓦增至162.899万千瓦;日前,龙源电力福建公司莆田南日岛三期120兆瓦增容技改项目获福建省发展改革委批复,拟拆除57台单机容量为850千瓦的风电机组,新建16台单机容量为7.5兆瓦的风电机组……

相关部门对风电场改造升级的政策导向也愈加清晰明朗。2023年,国家能源局印发《风电场改造升级和退役管理办法》,鼓励并网运行超过15年或单台机组容量小于1.5兆瓦的风电场开展改造升级。今年8月,国家发展改革委、国家能源局联合发布《能源重点领域大规模设备更新实施方案》,“推进风电设备更新和循环利用”是其中一项重点任务。

有测算显示,能源设备更新换代、以旧换新、循环利用将迎来新机遇,带动形成上万亿元市场。其中,风电场退役的废弃物循环利用和处置引发广泛关注。近年来,我国大力开发使用风力发电,产业升级迭代快,早期投运的风电设备将逐步迎来退役潮。而风电机组的叶片、机械等部件主要材料,仍有一定回收利用价值。

靖边风电场改造升级中,如何处置旧设备是一道“必答题”。要答好这道题,需把握好“破”与“立”的辩证法。“公司将积极探索风电旧设备的回收利用,希望推动能源设备循环利用。”刘树国举例说,叶片、机舱罩这类由纤维复合材料构成的固体废弃物,可以制成不同规格的再生纤维,应用于混凝土、抗裂砂浆等建筑材料制品中,服务建筑工程行业;齿轮箱、发电机、塔筒等大部件,主要以金属原材料回收为主,对有市场需求的大部件进行清洗、检测后,还可以作为备用设备使用。

受访专家认为,随着越来越多企业、科研机构开展新技术、新标准和新场景研究,我国将不断建立健全风电循环利用产业链体系,培育和壮大风电产业循环利用新业态。