风电新能源产业的技术创新与降本增效研究.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2024 年 01 月 18 日 作者简介：黄健（1990），男，壮族，本科，中级工程师。-47-风电新能源产业的技术创新与降本增效研究 黄 健 广西工程咨询集团有限公司，广西 南宁 530000 摘要：摘要：风电是世界各国普遍采用并开发的清洁可再生能源。本次研究主要关注风电新能源行业技术进步，并探讨如何利用这些技术降低成本，提高效能。本文对风电行业基本概况进行梳理，然后对当前风电技术进步和挑战进行分析。基于此，就技术创新对促进风电成本降低与效率提升进行深入探究。发现以提高发电效率，降低发电成本以及改善投资和管理为目标的创新措施对于风电新能源行业持续发展具有十分重要意义。本研究目的在于为风电新能源产业技术升级，成本效益优化等方面提供理论与实践参考。关键词：关键词：风电新能源产业；技术创新；降本增效；发电效率；成本控制 中图分类号：中图分类号：TK89 在世界范围内能源需求不断增加的今天，环境保护问题也得到空前重视。新能源行业出现并很快成为能源领域关键增长点。尤其是风电由于具有清洁性，再生可能及资源分布广等优点而受到普遍关注与普及。尽管风电在生产效率上存在不足，制造成本偏高也成为其推广的障碍，但这些挑战并未阻挡风电技术向前发展的步伐。伴随着技术进步与规模化经营，风电在能源市场上已经占有了一席之位，预计今后还将扮演更大角色。1 风电新能源产业概述 1.1 风电新能源产业的技术特点 风电新能源产业是以风能为能源进行发电的产业，其可再生，洁净，分布广，环境友好。风电技术已经成熟并不断革新，其中包括风力发电机组，风轮叶片及其他关键设备设计与制造。风电场的建设与运行需要综合考虑风能资源分布及利用特性，选取适宜的风电机组配置及容量分配。风电场接入电网是一个重要的环节，需要兼顾电网稳定可靠运行。风电新能源产业正面临着增强风电设备可靠性与稳定性，智能化管理与运行维护等技术挑战。通过技术创新与研发可以提高风电设备效率与可靠性、降低风电发电成本、促进风电产业持续发展。1.2 风电新能源产业的成本构成 风电新能源产业的成本涵盖了设备，土地，电网，运维，政策支持。设备制安成本为主要构成部分，它涉及风电机组，风轮叶片的生产与安装。土地成本又是一个不可忽视的部分，它涉及到土地租赁或者购买的费用。就风电项目而言，其接入电网及其成本是不容忽视的要素，直接关系着工程的经济效益及实施的可能性。为使设备处于最佳运行状态，每天保养及定期大修是一项必须支出，但通过精巧管理及技术革新预计这一部分费用会减少。另外，财政补贴等政策层面激励措施在减少风电项目资金及运营开支方面发挥着关键作用，也带动着全行业向前发展。在编制项目预算及运营策略时应充分考虑上述因素，保证风电项目顺利实施并可持续发展 2 风电新能源产业技术的发展现状 2.1 风能资源的开发利用情况 风能资源作为风电技术的发展基础，它的开发与利用状况对于风电产业发展有着至关重要的影响。当前，世界风能资源开发利用呈日益发展之势。很多国家或地区正在积极地进行风能资源评估与开发，以找到合适的风电场址。与此同时，风能资源开发技术不断完善，其中包括风能资源测量方法完善和风能资源地图绘制。这些工作有利于风能资源的更好利用和风电产业发展。2.2 风电技术的发展历程 风电技术发展历经几个时期。最初风力机在农村小范围电力供应中应用较多，工艺比较简单。在清洁能源需求不断提高的背景下，风电技术已逐步发展为商业化发电的成熟技术。近几十年来，风电技术由传统机械式风力机向现代大型风力发电机组发展。同时，中国科技期刊数据库 工业 A-48-风电技术的关键组件，如风力发电机、变流器和叶片等，也得到了显著改进和创新。2.3 风电技术的现状和问题 当前，风电技术已被世界各国广泛采用，并已成为可再生能源研究领域中的一个重要环节。但是风电技术还面临着一定的挑战与问题。风能资源具有不稳定性，间歇性等特点，制约着风电可靠性，连续性发电能力。风电设备制造及安装成本居高不下，需进一步降低成本才能增强竞争力。在风电场日益扩大的情况下，电网接入与融合面临着一系列的挑战，必须及时有效地加以解决。另外，风力发电普及后，其环境效应和社会接受度已需要从业者，政策制定者以及科研机构齐心协力来促进风力发电技术飞跃。3 风电新能源产业的技术创新 3.1 提高风电发电效率的技术创新 3.1.1 风机叶片设计优化 风电行业中，叶片设计上的创新是提高风机效能的重点。通过精细改善气动特性，叶片可增强风机功率输出及稳定性，同时削减风阻和噪声。另外，使用轻质高强度材料和先进制造技术在给叶片减轻重量的同时也提高了结构强度，从而优化了风力转换效率。计算流体力学（CFD）及数值模拟技术在此过程中起着重要的作用。它们使设计师可以对叶片在不同风速、风向情况下的性能进行仿真与预测，从而保证叶片性能最优。3.1.2 风电场布局优化 风力发电场设计非常关键，要保证能源得到最大限度地利用，并降低风机间不必要的扰动。精心策划既涉及风能资源深度评估又包含风场数据认真分析。另外，设计师还须综合考虑当地地形，气候变化以及环保要求等诸多因素，这也是保证布置合理性的重点。避免规划阶段风机间互相遮挡是非常重要的。它不仅与单台风机效率有关，而且还会影响整个风电场整体性能。通过准确的计算，设计师可以让风机高雅的协同工作而不是互相竞争。该设计思路有利于最大限度地发挥各风机发电潜力和提高风电场整体能量捕获率。3.1.3 风机控制系统改进 智能化控制技术和系统配置对风力发电机组来说是提高发电效率和稳定性的重点。采用巧妙的控制策略使风力发电机能在风速变化大、环境条件变化大的情况下发挥最大潜力并达到最大功率输出。另外，控制系统软、硬件的精细调整在提高风机适应环境变化速度的同时也加强了风机抵御外界干扰能力。这些技术升级会显着提高风电效率与成本效益。3.2 降低风电发电成本的技术创新 3.2.1 风机制造工艺的改进 对于提高风机制造过程质量和效率来说，工艺技术上的创新起着关键性作用。通过对结构设计进行精密优化并将数值模拟及仿真技术相结合，使风机性能及稳定性得到了改善。与此同时，引入诸如 3D 打印等先进生产技术和自动化装配流程有效地促进生产效率提高，在降低人力投入上表现出明显成效。另外，优化供应链管理还在成本控制方面起到积极作用，改善配件质量，及时供货。多环节优化综合影响下，降低成本和改善风机性能一起推动风电能源经济效益。3.2.2 风电设备运维管理的创新 在风电行业中，借助于智能监测与预测性维护技术可以准确地实时监测风力发电机运行状态，通过预测出可能发生的故障提前采取维护措施，从而有效地避免了设备发生故障，缩短了故障造成停机时间。改良运维策略如建立合理维护计划、完善备件库存等管理办法会进一步降低运维经济负担。另外，将大数据分析与人工智能相结合，能够构建出先进的决策支持系统，该系统能够为运维决策提供扎实的数据支持，从而有效地提高了维护工作效率，减少了有关费用。3.2.3 风电装备的智能化发展 利用智能感应器与物联网技术并配合数据分析手段可实现风力发电机运行状态与周围环境的监控。实时数据监控不仅有利于对风机运行策略进行优化调整，而且还可以有效地促进发电效率。与此同时，这一技术进步也意味着风机能够从远程得到监督与维护，该方法降低了人工巡视与维护的费用。智能化并不只是监控的代名词，而是肩负着故障诊断的重任。在大数据、人工智能等技术的支持下，通过深入分析风机运行数据，继而精准地预测出故障出现的概率，不仅诊断精确度得到提升，而且有利于减少故障导致的维修费用。4 风电新能源产业的降本增效 4.1 降低风电设备制造成本 4.1.1 材料与制造工艺优化 中国科技期刊数据库 工业 A-49-风机工作效率的高低和环境监测密切相关。智能传感器与物联网的结合为人们提供了一个即时的信息，可以让人们了解到这些机器在不同情况下的工作情况。通过数据分析能够洞悉环境对风机效能及寿命的影响。另外，本实用新型使用轻质，高强度，耐腐蚀等新型材料来减轻风机重量，以减少相关材料及运输成本。再从生产过程来思考，制造工艺创新也是至关重要的。如采用先进的模具技术、自动化流水线等，既提高制造速度又保证产品质量一致。4.1.2 组件标准化与模块化设计 风电设备制造中采用组件统一标准与模块化设计原则，关系到经济效益与工艺效率。该方法既能确保各组件之间的兼容性及多用途，又能对降低生产和储存成本发挥至关重要的作用。零件按统一标准进行设计后，减少了设计及生产环节中工作的重复性，有利于促进工作效率及产品质量水平。更进一步，模块化设计大大简化装配过程和减少作业员对装配工序的作业时间，以减少人力成本。4.1.3 供应链管理与成本控制 在供应链管理中进行细节调整，可以有效减少原材料购置和储存等费用。通过构建牢固的合作伙伴网络、保证材料按时到达、结合合理的价格策略等措施，能够有效地控制成本，减少供应中断带来的危害。另外，利用物联网技术与大数据分析增强供应链透明度与整体协调性，有利于减少物流支出、加快产品流通。在风电设备制造领域中，成本控制显得格外关键，其直接关系着产品市场竞争力。4.2 提高风电设备运维效率 4.2.1 智能监测与预测维护 对风力发电机工作状态及关键参数进行实时监测，这种做法使人们能及时了解设备健康状态。将数据分析与机器学习算法相结合，不仅可以对可能出现的故障进行预测，而且可以制定出更有效率的维护计划。通过对故障风险的预先辨识，可以采取必要维护策略以避免因设备故障造成停机损失。该智能监控与预测维护等技术在延长设备使用寿命的同时也提高风力发电运行可靠性与可用性，对降低运维成本、促进风电行业可持续发展具有重要意义。4.2.2 运维策略优化与故障诊断 通过对设备实际工作情况进行详细考量制定维护计划显著降低过度维护负担，还能降低运维支出。此类维护策略之调整不仅包含定期检查与预防性维护，更需要整合对于设备性能监控之洞察力，才能保证维护行动之时效性与精确性。故障处理中，设备出现异常时，迅速准确的故障诊断技术至关重要。这样既可以增加修复速度又有利于防止可能出现的问题。利用这些技术能够保证风电设备能够更加长久地平稳运行，从而为风电产业稳步向前发展奠定坚实基础。4.2.3 数据分析与运维决策支持系统 准确监测风力发电机运行状态可以揭示性能微妙变化，是优化维护策略、提高设备性能之关键。在数据处理过程中，分析师不仅需要跟踪设备常规性能指标，而且必须敏锐感知隐藏的异常信号才能在问题出现之初快速响应。在这个过程中，运行维护决策支持系统起着至关重要的作用。在简化对数据解读的同时，也提供一种基于深度学习进行预测的方法，使得维护人员可以在机器学习模型建议下对其维护计划进行调整。4.3 优化风电项目投资和管理 4.3.1 风电项目评估与风险管理 在项目评估阶段需综合考虑风电资源，土地使用，环境影响以及电网接入情况，以识别项目可行性及潜在风险。同时对项目进行经济性分析以评价其投资回报率及盈利能力。风电项目执行中需要开展风险管理，主要包括政策风险，技术风险和市场风险的评估及应对措施。科学地进行项目评估与风险管理能够减少投资风险、提高成功率与经济效益。4.3.2 资金筹措与投融资模式创新 因风电项目投资规模大，需投入巨额资金。所以，寻求多样化资金来源，创新投融资模式是关键。一方面可通过吸引境内外投资者，金融机构及基金来为项目融资。另一方面，可以探索公私合作、BOT（建设-运营-转让）模式等新型投融资模式，吸引更多社会资本参与风电项目投资。4.3.3 项目管理与合作伙伴关系建立 在工程实施中，必须要构建一套包括工程组织架构，进度管理，成本控制和质量管理在内的科学工程管理系统，以保证工程如期按质按量地完成。与此同时，还应和包括政府部门，供应商和施工单位在内的各个有关方面建立起良好的合作伙伴关系来共同促进中国科技期刊数据库 工业 A-50-工程的顺利实施。高效的项目管理与合作伙伴关系的建立能够提升项目执行效率与管理水平，保障风电项目顺利实施。5 结束语 综上所述，本文围绕风电新能源产业技术创新及降本增效这一研究对象，在总结风电产业概况的基础上，分析了风电技术发展现状及存在问题，及风电新能源产业技术创新与降本增效问题进行论述，并对提高风电发电效率，降低风电制造成本及优化风电工程投资与管理等重点问题提出解决设想。该研究对风电新能源产业可持续发展有一定的理论与实践指导作用，对促进清洁能源产业发展也有一定的意义。参考文献 1张陈.从风电行业看我国新能源产业的问题与前景J.中小企业管理与科技(上旬刊),2019(07):60-61.2夏宁.宁德市锂电新能源产业发展中的地方政府行为研究D.福建师范大学,2018.3新能源产业:光伏风电“冰火两重天”J.广西节能,2018(03):24-25.4景雯花,司马利奇.酒泉新能源产业发展现状研究以风电产业为例J.发展,2017(03):57,78.5纪雄,王涛.提升风电人才培养质量助推新能源产业转型发展J.科学中国人,2016(08):155.