江蘇大全凱帆電器股份有限公司的綠色能源發(fā)展之路

 江蘇大全凱帆電器股份有限公司的綠色能源發(fā)展之路

作者：顧文潭 工作單位：江蘇大全凱帆電器有限公司 總經(jīng)理助理

摘要

江蘇大全凱帆股份有限公司積極配合國家"十二五"規(guī)劃發(fā)展目標，在風電和太陽能發(fā)電等新能源領(lǐng)域通過與中國人民解放軍海軍工程大學“產(chǎn)學研”的結(jié)合，迅速研發(fā)并量產(chǎn)了風力發(fā)電變流器、太陽能光伏逆變器，使企業(yè)迅速完成產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型并走上快速發(fā)展的道路。

關(guān)鍵詞  新能源、風力發(fā)電變流器、太陽能光伏逆變器、產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型

 揚中位于素有黃金水道之稱的長江中下游，東北與泰州、揚州隔江相望，西南與鎮(zhèn)江、常州一衣帶水。作為長江中的一個島市，揚中雖小，在電氣行業(yè)卻赫赫有名。揚中電氣產(chǎn)品包括高低壓開關(guān)柜、電力變壓器、母線槽、配電箱等，廣泛運用于三峽水電、人民大會堂等國家重點工程。大全集團就是這個工程電氣島上的重要組成部分。

大全集團是國家級大型企業(yè)集團，現(xiàn)有 23 家子公司，其中 7 家是與德國西門子、德國默勒、美國伊頓、瑞士賽雪龍、丹麥安凱特等公司合資的企業(yè),在江蘇揚中市、南京江寧開發(fā)區(qū)、重慶萬州區(qū)、北京高新區(qū)建有四大產(chǎn)業(yè)基地，擁有國家級博士后科研工作站、院士工作站、國家能源研發(fā)中心、國家級企業(yè)技術(shù)中心、國家級電氣檢測站，科技研發(fā)人員 600 余人，科技研發(fā)能力和技術(shù)裝備水平居于國內(nèi)同行業(yè)前列。大全集團是國家創(chuàng)新型企業(yè)、國家重點高新技術(shù)企業(yè)、國家科技部 863 計劃成果產(chǎn)業(yè)化基地、國家 863 計劃 CIMS 示范企業(yè)、中國機械工業(yè) 100 強企業(yè)和中國電氣工業(yè)領(lǐng)軍企業(yè)，先后榮獲"中國馳名商標"、"中國名牌產(chǎn)品"、"國家免檢產(chǎn)品"等稱號， 在中國電氣工業(yè)自主創(chuàng)新中名列第一。

江蘇大全凱帆電器股份有限公司是大全集團旗下屬專業(yè)從事新能源產(chǎn)業(yè)研發(fā)、生產(chǎn)和銷售的全資子公司，公司成立于2000年，是國家重點高新技術(shù)企業(yè)，致力于以一流的產(chǎn)品和服務(wù)打造中國新能源電氣行業(yè)民族品牌。隨著人類社會飛速進步、人口的迅速膨脹以及經(jīng)濟的高速發(fā)展，常規(guī)能源的供應(yīng)問題及其帶來的環(huán)境問題日益突出，電力供需矛盾日趨突出，能源問題和環(huán)境問題已成為當今世界各國面臨的重大問題。開發(fā)新能源和發(fā)展可再生能源，實現(xiàn)環(huán)境保護、經(jīng)濟快速可持續(xù)發(fā)展，已成為人類社會的共識。為了配合國家"十二五"規(guī)劃中新能源行業(yè)發(fā)展目標，公司在風電和太陽能發(fā)電等新能源領(lǐng)域通過與中國人民解放軍海軍工程大學“產(chǎn)學研”的結(jié)合，迅速研發(fā)并量產(chǎn)了風力發(fā)電變流器、太陽能光伏逆變器，使企業(yè)迅速完成了產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型并走上了快速發(fā)展的道路。

 

一、風力發(fā)電變流器

風電變流器屬于大型風力發(fā)電機組核心部件之一，也是目前風電制造行業(yè)國產(chǎn)化水平較低的部件之一。一直以來國內(nèi)變流器市場被ABB等幾家外資巨頭壟斷，但是國家近年出臺了很多政策和舉措支持民族品牌的發(fā)展，為大型企業(yè)提供了政治和經(jīng)濟支持。國家發(fā)布了關(guān)于風力發(fā)電方面的一大批科技支撐計劃項目，在風電機組控制系統(tǒng)及變流器的研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化方面投入了大量資金，從而使得最近幾年來國內(nèi)風電變流器企業(yè)迅速崛起。

江蘇大全凱帆電器股份有限公司從2009年4月開始立項開發(fā)風力發(fā)電變流器，通過與解放軍海軍工程大學的緊密合作，在短短4個月內(nèi)，就完成了第一套樣機的試制。2009年8月份，風力發(fā)電變流器運到湖南湘電集團進行了業(yè)界最嚴酷的2MW 500小時全功率試驗并一次性通過，隨后產(chǎn)品在大唐公司位于福建漳浦六鰲鎮(zhèn)的風場進行了三個月的掛網(wǎng)發(fā)電試驗，期間通過了國家電網(wǎng)電科院的電能質(zhì)量測試，標志著該產(chǎn)品完全具備風場運營的條件。2010年2月27日，該產(chǎn)品在湖北武漢召開了產(chǎn)品暨科技成果鑒定會，在國家能源局的組織下，三位中科院院士以及多名行業(yè)專家對產(chǎn)品的技術(shù)以及生產(chǎn)工藝進行了考察，專家一致認為大全集團開發(fā)的風力發(fā)電變流器技術(shù)領(lǐng)先，工藝先進，達到了國際一流水平并完全具備與ABB、Converteam等國外知名廠家競爭的能力。

風力發(fā)電變流器的研發(fā)分為兩部分進行。江蘇大全凱帆電器股份有限公司有著豐富的機械設(shè)計以及制造經(jīng)驗，因此主要負責柜體的結(jié)構(gòu)設(shè)計與樣機生產(chǎn)；中國人民海軍工程大學在電力電子研究領(lǐng)域有著很高矚目的科研成就，因此主要負責產(chǎn)品的電氣設(shè)計、軟件設(shè)計以及調(diào)試。雙方緊密配合在高質(zhì)量研制出產(chǎn)品的同時，還取得了以下的科研成果。

(1)研制出了一種2MW等級的大容量低壓全功率永磁直驅(qū)式風力發(fā)電變流器系統(tǒng)，其以背靠背三相兩電平PWM高頻整流/逆變的拓撲結(jié)構(gòu)為核心，采用CAN總線通訊及光纖傳輸控制，可4象限運行；

(2) 針對電網(wǎng)不平衡狀況，運用雙dq正負序分解理論，提出了使用數(shù)字濾波替代傳統(tǒng)硬件濾波器的改進算法，結(jié)合軟件鎖相環(huán)技術(shù)、信號延時補償算法、前饋及反饋控制，采用了一種改進的過調(diào)制PWM方法，實現(xiàn)了系統(tǒng)的有功、無功解耦控制；

(3) 提出了一種新穎半橋功率模塊組件，由IGBT功率子模塊、驅(qū)動子模塊、支撐電容子模塊、吸收電容子模塊和冷卻裝置構(gòu)成，所述各子模塊集成為一個模塊，形成一個完整的接收脈沖和返回故障的功率執(zhí)行器件，具有很高的通用性，可以用來搭建各種電力電子拓撲。同時，拆卸修理相對方便；

(4) 采用獨特的閉式循環(huán)液冷混合冷卻技術(shù)，相對傳統(tǒng)風冷系統(tǒng)而言，功率密度高。在變流器內(nèi)部產(chǎn)生的熱量經(jīng)相應(yīng)的空氣液體或液體散熱基板交換后，由循環(huán)冷卻液體帶出系統(tǒng)外部。并對系統(tǒng)內(nèi)部溫度實時監(jiān)控，實現(xiàn)變流器內(nèi)部部件溫度控制，防護等級可達IP54。

(5) 采用了獨特的功率母線排連接工藝。設(shè)計了獨特的功率母線排壓接螺母的工藝，同時進行了鍍鎳、噴漆工藝，在滿足電流載荷量標準的同時，減小了體積，實現(xiàn)了全正面維護，大大彌補了滿足了風力發(fā)電設(shè)備維護空間小，檢修困難的不便。

(6)變流器系統(tǒng)的性能試驗及國家電網(wǎng)電能質(zhì)量測試認證結(jié)果表明，該變流器系統(tǒng)系能指標符合相應(yīng)技術(shù)協(xié)議及國家標準要求。

樣機成功研發(fā)完畢后，江蘇大全凱帆電器股份有限公司積極開展了市場推廣與開拓活動，由于該產(chǎn)品的性能好，價格相對于進口產(chǎn)品有較大優(yōu)勢，迅速得到了國內(nèi)直驅(qū)主機廠家的關(guān)注。目前，已經(jīng)與湘電風能、東方電氣、沈陽華創(chuàng)、航天萬源等多家主機廠建立了長期合作。大全人希望通過該產(chǎn)品的順利產(chǎn)業(yè)化成功擺脫進口產(chǎn)品在國內(nèi)市場的壟斷地位，提高風電行業(yè)設(shè)備的國產(chǎn)化率，為中國新能源行業(yè)作出自己的貢獻。

 

二、太陽能光伏逆變器

大全集團于2007年涉足太陽能光伏產(chǎn)業(yè)，旗下?lián)碛卸嗉覐氖绿柲芄夥嚓P(guān)產(chǎn)業(yè)的公司，產(chǎn)品自上而下覆蓋多晶硅原料生產(chǎn)、單晶硅拉棒切片、太陽能電池組件生產(chǎn)、太陽能電池板安裝以及光伏逆變器制造。

大全新能源有限公司坐落于重慶萬州，于2007年底建成投產(chǎn)，是國內(nèi)多晶硅生產(chǎn)的領(lǐng)軍企業(yè)之一，目標是成為一個垂直整合光伏產(chǎn)品制造商，其生產(chǎn)出的高品質(zhì)多晶硅用于加工硅錠、硅片、電池和組件等光伏太陽能產(chǎn)品。2010年6月30日，公司多晶硅產(chǎn)能達到3300噸/年，一舉躋身于國內(nèi)規(guī)模最大的多晶硅生產(chǎn)企業(yè)行列。大全新能源計劃到2012年年底將年產(chǎn)能擴大至10000噸。大全新能源有限公司采用改良西門子法生產(chǎn)工藝，全閉環(huán)式運行，生產(chǎn)物料利用率更高，能耗更低，更環(huán)保。為滿足客戶要求和確保多晶硅質(zhì)量，公司對所用原材料進行嚴格進料檢查，對生產(chǎn)中各個環(huán)節(jié)進行嚴密的在線質(zhì)量控制，最后對生產(chǎn)出的每一批次的產(chǎn)品進行一系列完整的質(zhì)量測試。公司管理層擁有國際化的團隊背景，諳熟國內(nèi)外市場，經(jīng)驗豐富。

同時，大全新能源利用多晶硅高質(zhì)量的優(yōu)勢，結(jié)合大全集團在電氣設(shè)備行業(yè)的專業(yè)知識，將其新能源產(chǎn)業(yè)鏈擴展至硅片和太陽能光伏組件制造行業(yè)。大全新能源在南京設(shè)立了200兆瓦光伏組件制造工廠。大全新能源旨在世界范圍內(nèi)為廣大客戶提供開發(fā)、制造、銷售高質(zhì)量和具有成本效益的太陽能光伏組件。

 為了進一步完善光伏產(chǎn)業(yè)鏈，江蘇大全凱帆電器股份有限公司2010年上半年決定著手研發(fā)太陽能光伏并網(wǎng)逆變器，一方面滿足集團內(nèi)部需要，另一方面準備出口歐美。光伏并網(wǎng)逆變器是光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的核心控制器件，逆變器通過大功率電力電子器件將不穩(wěn)定的直流電逆變?yōu)榻涣麟姴⑺椭岭娋W(wǎng)。這一次，大全人又是以驚人的研發(fā)速度在4個月內(nèi)完成了首臺250kW并網(wǎng)逆變器的樣機。

在研發(fā)過程中，江蘇大全凱帆電器股份有限公司針對目前市場上的光伏逆變器的技術(shù)缺陷進行了軟件算法改進。目前常用的MPPT算法，基本都假設(shè)太陽能電池板的輸出功率和輸出電壓的關(guān)系只有一個極大值點，也就是最大功率點。實際上由于制造、陰影、氣象條件、布置位置等原因，必定會出現(xiàn)多個極大值點。因此，這些算法很容易陷入局部最大值點（LMPP），不能保證搜索到全局最大值點（GMPP）。為此，大全人開發(fā)了一種實時全局最大值點搜索算法（GMPPT），提高了光伏發(fā)電系統(tǒng)的效率。同時為了方便用戶使用以及維護方便，該產(chǎn)品采用了功率模塊化設(shè)計，可以方便并聯(lián)得到用戶需求的任何大功率，極大地方便了用戶的設(shè)計和選用。

縱觀目前全球太陽能逆變器市場，雖然中國近幾年發(fā)展迅猛，但歐美國家仍在市場中處于領(lǐng)導(dǎo)地位。以2009年為例，全球太陽能總采購量為16GW，其中德國8GW占據(jù)了市場的50%，意大利1GW，美國800MW,日本800MW，中國僅200MW。因此樣機研發(fā)結(jié)束后，公司邀請國內(nèi)權(quán)威機構(gòu)對產(chǎn)品進行了CE、UL、金太陽等認證，并且在2010年10月參加了美國洛杉磯光伏展，得到了業(yè)內(nèi)人士的廣泛關(guān)注，在展會現(xiàn)場就與很多知名總包商簽訂了意向供貨合同。

2010年8月，大全集團通過與中國海軍總裝備部合作取得了南沙群島海島太陽能電站的開發(fā)與建設(shè)權(quán)。在島嶼未建太陽能電站之前，海軍在哨所的供電主要依靠柴油發(fā)電機提供，由于島礁之間路途遙遠，補給船每兩個月才對哨所內(nèi)柴油以及一些生活必須物資進行補給。建成太陽能電站后，首先可以解決官兵的用電問題，同時多余的電力將被利用做海水淡化，大大提高了官兵的生活質(zhì)量。江蘇大全凱帆電器股份有限公司生產(chǎn)的光伏逆變器屆時將在嚴酷的環(huán)境下運行，為中國國防作出自己的貢獻。

 

三、產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型，產(chǎn)能擴大

迅速崛起的新能源市場成為了大全集團后期發(fā)展的重要支柱產(chǎn)業(yè)，國家政策的引導(dǎo)以及扶持使得江蘇大全凱帆電器股份有限公司走上了快速擴張發(fā)展的良性循環(huán)。為了進一步擴大產(chǎn)能，公司斥資5億元投資建設(shè)了新廠房，建成后能達到年產(chǎn)風力發(fā)電變流器500套、光伏逆變器300套的生產(chǎn)能力，預(yù)計2011年可實現(xiàn)產(chǎn)值5億元，到2012年可超10億。江蘇大全凱帆電器股份有限公司希望借助國家大力發(fā)展綠色能源的契機，在風力發(fā)電、光伏發(fā)電等新能源領(lǐng)域研發(fā)出更多高技術(shù)含量的產(chǎn)品，為客戶提供更好更快捷的服務(wù)，為綠色能源的發(fā)展做出自己的貢獻。

 

四、結(jié)束語

可持續(xù)發(fā)展是當前人類面臨的重大任務(wù)，能源發(fā)展有著特殊重要性，它關(guān)系到我國經(jīng)濟建設(shè)與國家長治久安，也是構(gòu)建社會主義和諧社會的重大問題，在未來的發(fā)展道路上，大全人將繼續(xù)秉承 “科技、綠色、和諧”的理念，積極響應(yīng)國家政策號召，為人類社會和諧和可持續(xù)發(fā)展貢獻自己的力量。

 

五、參考文獻

1.中國人民解放軍海軍工程大學 肖飛博士 2MW永磁直驅(qū)風力發(fā)電變流器系統(tǒng)研制

 

六、作者簡介

作者顧文潭，男，1984年出生。

2001年-2005年 就讀于東南大學自動控制系

2005年-2007年 大全集團南京因泰萊電器有限公司 研發(fā)部工程師

2007年-2009年 大全集團鎮(zhèn)江默勒電器有限公司   技術(shù)部經(jīng)理

2010年-至今    江蘇大全凱帆電器股份有限公司   總經(jīng)理助理