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变桨备电系统蓄电池优化,给风电机组做个“器官移植”
2021-11-15 来源:金风智慧能源服务微平台
 变桨备电系统是风电机组的一项重要功能单元,当遇到电网突然断电或其他紧急情况时,变桨备电系统可短暂性的供电,实现顺桨动作并安全停机。
 
当前已吊装并运行一定年份的风机,其变桨备电系统主要采用铅酸电池为供电电源。
 
作为化学储能,铅酸电池存在充放电速度慢、低温特性差、循环寿命短、可靠性不强等先天缺陷。在使用一定年份后,易发电池漏液、鼓包故障,导致机组故障停机率增高,甚至引起变桨系统着火、机组飞车等事故。
 
根据行业标准,变桨电池服役两年半至三年后需全部更换,将花费大量的停机时间和服务费用。对此,业内比较有效的解决方案是用超级电容替代铅酸电池。
 
 
超级电容有功率密度高、放电电流大、循环寿命长、免维护等特性,可完美适配风机工况,是变桨系统后备电源的上佳选择。
 
因此,许多在运风电场在铅酸电池达到寿命后都选择更换为超级电容。
 
 
改造为超级电容后的电池箱布局图
 
不过,如何让超级电容在风机上实现能量最大化,可就是一门学问了。
 
深度融合,赋予灵魂
 
曾在多个变桨备电系统技改项目中充当关键角色的金风慧能风机优化产品线高级解决方案经理马东凯表示:“严格的讲,应用在风电机组上的超级电容并不是一个完全标准化的产品,而是基于不同机型不同配置及工况要求的定制化产品。”
 
“我们会依据风电机组的机型、变桨系统的电气特性等技术特征,对储能装置供应商提出严格的技术要求,协助其进行定制化开发和生产”,他补充道。
 
将变桨备电系统的供电电源由铅酸蓄电池升级为超级电容,不仅仅是更换一套供电电源,还需要为超级电容进行外围接口的重新设计,并匹配智能充电器和充电管理软件,提升充电效率和系统保护能力,以达到与整机系统的高度融合。
 
在此基础上,将整个变桨备电系统与风电机组的集控系统相互联通,实现对变桨备电系统的动态监视、故障探查和启动保护,从而让超级电容的能量利用率发挥到极致,同时延长其使用寿命。
 
“就像外科手术中的器官移植,不仅要把新的器官植入患者体内,还需要血管、神经与受体的高度吻合”,马东凯做出形象的比喻。
 
为了给项目业主尽可能地降低停机损失,在实施变桨备电技改之前,会提前在工厂进行部分元件的预制,运输到风电场现场后即可快速组装,减少了在现场实施的作业量和施工工序,从而缩短工期,降低人员触电、机械伤害、高处坠落等安全事故的概率。
 
此外,与现场装配相比,在温湿度恒定、装配环境更加清洁的工厂车间内进行预制,也有利于保障产品的可靠性。
 
从定制化生产、车间预制到现场交付,金风慧能的研发团队给超级电容赋予了灵魂,真正实现了能量的最大化。
 
对症下药,行之有效
 
谋事即为过程,成事即为结果。对于变桨备电系统的技改效果,行业内一般由三个指标来衡量,包括技改前后变桨备电系统的故障率和备件消耗,以及整个机组的安全性。
 
“在我们团队实施的数个技改项目中,均彻底解决了机组变桨备电系统的故障问题,备件消耗也大幅降低,遏制了因变桨备电故障导致的安全事故发生,整个系统的可靠性也获得项目业主的高度认可”,马东凯在最后表示。
 
当前,数以万计的存量风电机组,仍以铅酸电池作为变桨备电系统的供电电源,面临着可靠性和安全性的双重风险,其维护频次高和维护成本高的问题也困扰着诸多风电场。而以超级电容为核心的变桨系统蓄电池优化方案可以有效解决上述问题,从全生命周期角度出发,也是最为经济、环保的解决方案。
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