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    • 全寿命周期管理在大型风电基地项目的应用研究

        摘    要:

        随着风电行业平价时代的到来,风电项目的管理模式、成本管控迫切需要创新与革命。乌兰察布600万kW风电基地是全球单体最大的陆上风电场,作为平价上网的风电基地,创新性地应用了全寿命周期管理,通过对风力发电机组全寿命周期成本的管控,实现对整个风电场的成本管理。文章提出了全新的风力发电机组的招标策略,通过搭建一体化全寿命周期管理平台,结合全寿命周期专业化维保,将风机制造企业变成利益共同体,形成了共建共享、互利共赢的合作新模式。

        前 言

        2018年5月18日,国家能源局印发《国家能源局关于2018年度风电建设管理有关要求的通知》,通知指出从2019年起,各省(自治区、直辖市)新增核准的集中式陆上风电项目和海上风电项目应全部通过竞争方式配置和确定上网电价。风电开始通过竞价倒逼行业压降成本和技术进步,目前风电行业正在为最终实现平价上网而努力。随着竞价上网政策出台,平价上网时代已然临近,风电建设投资竞争变成发电成本的竞争,做好顶层规划、实现高质量发展、保证企业核心竞争力,充分利用规模化效应有效降低建设和运营成本,充分应用全寿命周期管理,实施管理创新、机制创新和技术创新,建设世界一流大型平价上网示范风电基地,是乌兰察布风电基地的重要目标。乌兰察布风电基地一期600万kW示范项目规划装机容量600万kW,占地总面积约3 800 km2。工程建设目标为通过“平价上网、先进技术、智慧智能、工程建设、生态改善、社会效益”6个示范,实现“一流规划、一流设计、一流设备、一流工程、一流运维、一流成果”6个一流,打造世界一流大型风电基地。该项目采用先进的管理理念、成本管控,实现风电项目全寿命周期管理。

        1 全寿命周期管理理论

        1.1 全寿命周期管理概念

        全寿命周期管理是从项目的前期策划设计阶段、施工建设阶段、运营管理阶段到项目的报废回收阶段全寿命周期内,所有与项目的利益相关者参与对项目的范围、时间、成本、质量、沟通、采购、人力资源以及风险的综合管理,并重视项目的集成管理[1]。

        工程项目的全寿命周期成本是指在项目整体生命周期(包括项目决策、设计、开发、建造、使用、维护和报废等)所发生的费用,这里整体生命周期可以表示该项工程确定的寿命期或预定的有效期,而成本则包括设计费、建设安装费、运行维护费、回收报废等费用的总和[2,3,4]。

        1.2 风电项目全寿命周期成本的内涵

        工程项目全寿命周期成本管理是在满足设备性能、可靠性的前提下,基于项目整体经济效益,以实现总成本最小化为目标,具有过程性、系统性和整体性等特点。其基本理论可以归纳为以下4点。

        (1) 尽可能降低设备的全寿命周期成本

        设备的全寿命周期是指设备从规划、设计、制造、安装调试、运行、维护、检修、改造、更新直至报废的全过程。全寿命周期成本的最优,在设备采购阶段,不仅要考虑设备的初始成本,还要考虑设备采购后的未来成本。事实上,设备的购置价格低并不代表全寿命周期成本一定低,因为同时还要兼顾设备性能以及设备生产效率等因素,应该以量化数据作为判断标准,以整体经济效益作为目标来选择设备。

        (2) 加大对于设备的可靠性、可维修性方面的研究力度

        设备的全寿命周期成本中有7成以上的部分在设计阶段就已经确定,而由设备故障引起的损失在风电设备成本中占有很大的比重。因此,从一开始就要考虑可靠性因素对整个寿命周期的影响,在项目的设计阶段,把可靠性管理的重点嵌入到设备或系统的规划设计和采购阶段中。

        (3) 设备管理角度的综合多元化

        设备的全寿命周期成本管理包括数据的收集和分析,规划、设计、采购、运行、检修和物资处理等各个部门,因此不能单纯以某部门或某阶段的成本最优为目标,而是要以全寿命周期成本最优为目的。为使成本管理在多个部门的协调性方面获得统一,还需建立各部门之间的横向联系管理体制,因而它不再是简单的物质管理,而是延伸到经济、技术、组织层面的多元管理。

        (4) 信息反馈系统的建立

        建立信息反馈系统可以解决两大问题:① 有利于制造服务商和设备使用客户之间的信息沟通,及时解决设备故障问题,缩短反馈时间,降低损失;② 方便企业之间的信息反馈,衡量设备的优劣性,使得企业在招投标时获得足够的技术、经济等相关信息。

        总之,全寿命周期成本管理理论的要点可归纳为:从投入、产出两方面量化数据进行决策,以保证设备状态良好为前提,综合技术、经济与组织等方面的管理,进行全面规划、合理配置,科学维护等使得全寿命周期成本达到最优[5,6,7,8]。

        2 风电场的全寿命周期管理

        风电项目中,风力发电机组无疑是投资最大的设备,重点管控风力发电机组的全寿命周期成本,是整个项目成本管控的关键。2018年以来,国内风电行业正处于由标杆电价时代向竞价/平价时代转型的关键阶段,不论风电行业如何发展,风力发电机组的最优化选择都要依靠完善的招标体系,机组价格、性能考核等单一的招标模式都将逐渐退出历史舞台,国内风电行业需要在新的挑战中积极变革,探寻更为完善的招采制度[9]。

        2.1 实力供应商的选择

        (1) 高标准设置门槛

        1) 排名与市场份额。

        投标单位2017年累计装机容量应在权威机构的排名前15名以内,此次招标共吸引了金风、维斯塔斯等国内外14家知名风机制造企业。

        2) 机型认证。

        为推动陆上大容量机型的研发与应用,要求投标机型须通过权威机构颁发的设计认证,供货时应提供机组型式认证证书。

        3) 业绩。

        投标人须提供截至2018年年底单机容量3.0 MW及以上机型累计不少于100 MW容量的合同业绩。

        (2) 深化带方案招标模式应用

        自行踏勘、微观选址,出具各标段风机选型及风电场布置方案,考虑现场敏感性因素避让、集电线路和道路投资等因素,根据风资源状况评估可实施混排方案[10];评标过程由两家具有资质的设计单位分别进行方案验证;中标后会同设计院共同进行微观选址,利用不同的技术优势合理优化布机方案,最大程度地降低大基地尾流影响,共同研究完成大基地尾流控制课题。

        (3) 鼓励选用大容量风机

        当前国内风电项目招标时优选相对成熟的2.X机型,本项目要求选用3 MW及以上单机容量机型,大机型和机位优化布置进一步降低了风机基础、道路、集电线路和安装施工等主要建设成本;同时促进海上大容量机型先进技术向陆上应用的快速转化。

        2.2 创造性采取三段式评标策略

        以全寿命周期成本性价比最优为核心,通过多目标优化,对各种评标因素关联性和影响程度进行层次分析,将复杂多维度目标融合于核心目标予以解决,按照主设备投资成本最优、工程造价利好和检修维护费用包干3个维度,实现度电成本最优控制策略。主要体现在以下几个方面:

        (1) 主设备成本最优。通过带方案招标和大容量机型应用,展现规模化效应。

        (2) 工程造价利好。由于机型及机型布置方式的选择,对风机基础、道路、集电线路、安装施工等主要建设成本的利好影响。

        (3) 维检费用包干。为推动中国制造水平,突出主机厂商研发、专业运维和丰富的供应链管控能力,促其实施全周期寿命与质量管控,推行6~20 a专业维检(包干)模式。要求每百万千瓦维检人员不超过20人,第6~20 a检修维护报价为基准价格,根据国家统计局发布的CPI与PPI指数变化进行动态调整。

        2.3 全局寻优调控策略

        为防止各投标单位针对局部区域资源优势保守评估导致的不平衡报价、规划容量调整、以及更为先进机型的潜在利好等因素,分别制定相应管控策略。

        (1) 全范围经济性综合评定。

        投标人必须对5个标段同时进行投标,同一机型须为同一报价,根据每个标段评标排名顺序和对招标人有利的原则确定中标人。

        (2) 适应规划容量调整。

        明确招标人有权根据项目实际情况进行中标容量的增减调整。

        (3) 保障机型先进性。

        由于招标人原因导致中标人供货周期延长,在此期间中标人如研发出更先进、更智能、单机容量更大的机型,招标人有权选择更换该机型,由于更换机型带来合同价差利好效益,双方各分享50%。

        2.4 定义智慧型主机

        当前业内对于智慧型主机未有统一定义,应具备的先进技术和功能模块众说不一,在综合当前主流厂商的定义和关键性功能描述的基础上予以清晰化定义。智慧型主机应具备自身和环境感知、自我学习与优化控制功能,整场及风机须具备测量及传感系统、建模分析系统、智能控制系统及协同决策系统,应配备塔筒及塔基监测、叶片监测、螺栓监测、雷达测风、精准风功率预测、智能控制、无功协调控制、并网友好等14个方面的先进技术[11,12]。为保证主机先进性和全寿命周期平价上网的竞争力,要求投标机型全部为智慧型风机。

        2.5 搭建一体化全寿命周期管理平台

        (1) 智慧运维平台建设

        全部5个标段所有机型接入统一的智慧运营平台,具备远程集中监控、集中功率预测、协调控制、视频监控、智能生产管理、智能健康管理、智能统计与分析等功能,平台采用统一数据接口和通讯标准,各主机厂商应无偿提供风机监控数据、配套软件平台和业务数据的规范化接入服务,并基于健康状况分析、故障预警和主动预防的技术要求,每种机型须提供不少于50项大数据分析模型,做到开源或封装部署,统一模型输入和输出数据接口标准[13,14,15]。

        (2) 编码与BIM模型管理

        按照设计院统一编码规则,各主机厂商负责机组部件级别的KKS和二维码编码工作,提供仓储、物流、智能运检等相关系统的功能模块接口标准;同时提供机组部件级三维模型信息,配合GIS+BIM综合管理信息系统开发,实现建设期三维会商、模拟施工与进度展示,以及运营期的精细化管理。

        2.6 全寿命周期专业化维保

        (1) 质保与维检模式

        本着“专业化运维和全寿命周期经济性最优”的原则,实行5 a质保+6~20 a主机维检服务方式。

        (2) 全面推行状态检修策略

        以先进性技术应用、健康状况分析和故障预警功能为保障手段,推行主动预防策略,减少被动检修次数,建立主要系统部件寿命定期评估机制和标准,提前布控措施,实现状态检修;除塔筒螺栓紧固、叶片外观检查、基础沉降观测、春秋检及部分技术监督等必须现场完成的工作以外,充分应用传感器、自动化、光电等技术,替代传统人工作业项目;要求主动预防率和故障诊断准确率均达到80%以上。

        (3) 对标管理精细化

        超常规开展单机对标,严于标准执行功率曲线和可利率指标对标,多厂商同平台横向对标并采取电量激励机制,深入优化行业对标指标体系。

        (4) 推行精益管理,强化质量管控

        超前完成主机招标,有利用于主机厂商合理安排生产和配件订货计划;同时要求投标人负责提供塔筒的设计和质量监造,有效保证主机和塔筒的制造质量。建设单位不储存备品备件,只提供仓储场地,主机厂商根据其主动运维策略、利用其区域化物资储备机制,力争实现现场“零库存”物资管理。

        3 实施效果

        3.1 管理效益

        2019年3月12日,乌兰察布风电基地1期600万kW示范项目机组正式开标,4月初中标结果出炉,上海电气、金风科技、中国海装、明阳智能、东方风电5家公司中标,实际中标机组平均容量为4.16 MW,推动国内陆上风机从2.0 MW时代迈向4.0 MW时代。

        3.2 社会效益

        发挥世界一流陆上最大风电基地的影响力,吸引科研机构、产业链上下游企业在乌兰察布建立分部或研发中心,聚集高端专业人才,形成国际性新能源前沿技术研发和交流平台。建设集参观展示、科普宣传等功能为一体的展览馆,展示各品牌新概念风机,宣传新能源开发应用理念、历程、技术、成果。

        3.3 全寿命周期一体化管理理念引领行业新型发展模式

        全寿命周期一体化管理理念和大型新能源产业基地“投资商”的管理定位,开创了国内新能源产业投资建设与运营管理新模式,为大型风电基地开发建设与运营管理提供重要参考范例;基于寿命评估的状态化检修与维保理念,智慧主机先进技术范围、高标准设置投标门槛、三段式评标规则、全寿命周期运维管理、状态化检修、“零库存”管理等多项管理策略,将改进传统的主设备采购、短期质保、综合评标、自主或第3方维检、定量库存等管理方式,进一步引导精细化管理理论和方式方法的创新与应用。

        随着风机制造企业“供应与运营一体化”管理定位的转变,必将主动采取优选高质部件、自主寻优控制优化、主要部件寿命定期评估、健康状况与故障预警模型开发应用、区域联储与在线物流、供应链优化与有力管控、合理配置人力物力资源等系列措施,变被动维护为积极主动,原本的甲方、乙方关系将随着管理的深入融合形成利益共同体,共建共享、互利共赢的合作模式必将快速推动新能源产业向创新型、智慧型、规模化和专业化的纵深式发展。

        4 结 语

        乌兰察布风电基地是全球单体最大的陆上风电场,具有初始投资大、运营和维护成本高、服役时间长等特点。过去风电项目成本管理观念相对落后,把成本管理的范围局限于投资成本,对运行、维护、退役处置等阶段的成本只是粗略考虑,不能实现风电项目的“技术、经济、社会、生态”均衡协调发展。本文提出的全寿命周期成本管理在风电项目中的应用,明确了风力发电机组是整个风电项目全寿命周期成本管控的关键,提出了三段式评标策略,定义了智慧型主机。通过实践,引领风电行业跨入了风机4.0时代。建设单位与风机制造企业形成了利益共同体,实现了共建共享、互利共赢的合作新模式。

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