2014北京國際風能大會之“風電機組總體設計”專場——荷蘭MECAL公司的Anton de Roest：200米液力海上風電機組的概念設計

    這個設計的主要目標并不是一個技術上的目標，而是一個成本上的目標，我們需要去降低成本。投資風機的方法只有一種，也就是我們必須一切都以能源的成本出發。當然，其中會包括生產的成本，還有一些維護和運營的成本，這些都是良好設計必須要考慮到的一些問題。當然我們也需要選擇更高的可靠性，因為我們需要去確保海上的風機出現的誤差，或者是損耗會更少，因此，高的可靠性是非常重要的，我們需要去確保整個體系已經證明了自己在市場上是能夠提供更多價值的。
    接下來我們要開始做選擇了，有很多不同的模式是可以選擇的，還有驅動也是有很多不同的選擇。我們要做這些選擇需要考慮到自己的情況，比如它不同的位置，當然可以選擇單軸承的，也可以選擇雙軸承，還有直軀系和非直軀系，這些都是各種不同的選擇。其中大概需要考慮到的有20個概念左右，每一次要進行設計的時候都需要去放開自己的觀念，需要考慮到每一個合理的可能性。我們還可以選擇一個數字，來決定自己的需求，然后才能得出來這樣一個表格，去衡量不同的因素，然后來平衡自己的一個選擇，這是比例升級之后所需要做的一件事情。也就是一開始需要去進行比例升級之后再去輸入各種數據來進行選擇。
    接下來關鍵的一個問題就是怎樣去選擇一個比較合理的能源成本，在海上的風機都是成本太高，它會受到不同的影響，比如支撐結構，電力基礎設施，電力基礎設施基本上跟風機是獨立的，然后物流和安裝可能會受到你的設計思路的影響，因為大家需要去考慮想要建筑一個什么樣的結構，以及怎樣去安裝風機，這些不同的因素都會收到各種各樣的影響。但是，其中最重要的一個也就是需要去估計它的運行維護的成本。比如說20或者30年的運行當中你需要話費多少錢進行維護。在設計的時候，這兩項費用是必須要考慮進去的，這也是投資當中非常關鍵的一個部分，我們當然也需要考慮到這個成本之下可以產出多少功率，以及多少的發電量。
    接下來看一下這種，這種機器是比較常見的一個結構，這里面是直軀的發電機，我們之前探討了一下比例升級，還有概念升級基礎都會收到哪些影響？我們看這里的空氣間隙，它會受到半徑的影響，受到直徑的影響，同樣也會影響到內艙當中出現的彎折的問題，所以我們需要有一個高效的發電機，如果用標準的發電機，需要用一個效率高的發電機。接下來的第二個問題就是它的齒輪箱很重，尤其在高速部分，它的齒輪箱是非常重的，而且這樣的齒輪箱想運行起來是很困難的。然后，關于速度可以有一個中速的集成，集成起來會更加方便它的一個工作。我們還需要找到最關鍵的風機載荷，我們的機限是6MW，接下來是模擬的一些其他的情況。如果你也做了這樣的比例升級，當然這個是可以用電腦做，一般來說還是手工的工作會比較大，你需要去計算，需要去思考。如果說把這個載荷的升級考慮進去，那么，能夠得出一個比較準確的數據。
    這是我們最終達到的這樣一個概念，其中包括幾個不同的細節，我們都已經考慮到了。比如說它的平臺，還有怎樣達到風機，還有拖拽等等問題。我們之前談到主要的框架，是帶集成單主軸承的，我們還有中速傳動鏈，采用了齒輪箱和發電機集成，還有電動偏航系統，我們之前考慮過其他系統，最后還是覺得電動系統比較好。所有這些電動系統在塔架當中的位置也是需要去考慮的。對于海上風機來說，重量越輕越好，如果在內艙的重量增加一公斤，最后整個塔架的重量可能會增加7-8千克，也就是我們如果從內艙開始就采用最好的技術減少它的重量，海上風機的整個重量也會減少。這個塔的強度到底是一方面，但是它的其他的特性也很重要。這個轉子的速度是8.6，是很低的速度，當然跟我們現在的速度相比還是很低的。但是，它所帶來的中心扭矩是跟正常情況差不多的。接下來這個是內艙重量的分布和轉子重量的分布。葉片的重量我們現在還沒法分析，因為葉片我們還沒有進行設計，我們會考慮用五級距齒的材料，有人考慮碳纖維的葉片，因為它可以減少重量，同時增加強度。
    接下來就是風輪的重量大概350噸，機艙的重量大概是目前最重的一個部分，也是最重要的一個部分。大概是600噸的一個趨勢，我們目前設計是478噸。我們的設計是根據趨勢進行的，風輪的趨勢和設計已經目前接近了，但是機艙的重量如果按升級趨勢來計算，就是根據市場上現在的趨勢來看，它得出的重量比我們目前設計的重量要高很多。同時，這個總重量也進一步的從這個趨勢算出來的950噸減少到我們目前設計出來的819噸。
    接下來我們需要進行一些計算和分析，我們做這個分析的時候主要考慮的是內部的壓力，并不是考慮它的外部壓力。我們這個設計是緊湊的一個集成設計，但是還是有很多優化的空間。但是，這些優化一般都是出現在供應商的零部件上。我們之后也會進行更多的研究，去改進它的幾何結構，以便減輕重量。我們在機艙內盡可能的減少了它的裝置，這樣就空出了很多的空間，這樣人就可以在機艙當中工作。對這樣的機器來說，其實很多事情都需要大家去共同解決，不是一個人能夠解決的，我們之后也會盡量的去減少頂部重量，然后節約它支撐的成本，減輕塔桶的重量，之后也會通過改進組裝的方式來增加陸上預組結構的數量。我們也進行了很多的測試，就是說需要保證所有的部分組裝起來之后，從頭到尾都可以正常的工作，也需要確保這些部分是可以組裝到一起的，可以避免失誤。
    接下來最重要的就是去看這些活動的部分，所有的活動部分軸承我們希望他們能夠在整個生命周期當中都可以正常的使用。這個還是很容易理解的。這樣大小的齒輪它的機艙大概是8.5米寬，還有它的偏航系統大概是6米寬，這邊是主軸承，這樣的一些零件是需要我們非常小心的去選擇的，要確保他們的載荷是符合當地的情況的。這些因素我們都通過測試來檢查過，還有重量的問題，這邊是轉子的重量，軸承的重量，變槳的速度大概是20噸左右，轉子是52.5噸左右，接下來大家也能看到，僅僅是一個主軸承就已經需要比較特殊的運輸方式了。我們現在主要做的是從現有的海上汲取有效的實踐經驗，我們也在進行很多的平行研發，這些平行研發以后可以讓我們能有集成的解決方案，或者是新的基礎。下一步我們會在現在的基礎之上進入到下一個階段的研發，確保我們能夠設計出來市場所需要的這種緊湊的海上的風機。
    我們現在也在努力的優化它的結構零部件的循環，并且在調研塔架結構的備選方案，希望能夠配合頂部重量的減輕，我們之后也會優化它的載荷設置，改變不同的控制算法，能夠讓這些算法更為智能，確保大家能夠預期到載荷，預期到這個機器上可能出現的一些變化，接下來我們也會去研究一下海上風機的潛在供應鏈，確保我們能夠在未來的供應商當中也是處于領先地位的。在此基礎之上，我們也會確保大家都能夠得到需要的信息，能夠學會怎樣去應用這些風機，作為供應商一個責任就是去保證自己的產品的質量，第二也是要讓客戶加入到這個設計的過程當中來，謝謝大家！