東方電氣風(fēng)電有限公司副總經(jīng)理劉世洪出席大會并發(fā)表了題為《海上風(fēng)電機組發(fā)展趨勢及關(guān)鍵技術(shù)》的主旨演講。
以下為發(fā)言內(nèi)容：
劉世洪：我今天跟大家匯報的內(nèi)容分三個方面：一是海上機組發(fā)展趨勢。二是海上機組關(guān)鍵技術(shù)。三是東方風(fēng)電海上機組產(chǎn)品。
今天上午很多領(lǐng)導(dǎo)都講了，隨著氣候變暖各個全球主要的國家都是制定了碳減排的計劃，在過去的時間風(fēng)電得到了很大的發(fā)展，2018年底全球風(fēng)電總裝機已經(jīng)達到591GW，占全球發(fā)電設(shè)備總裝機容量的6%，海上風(fēng)電也得到了快速發(fā)展，這個圖上午領(lǐng)導(dǎo)都講了，在2010年到2018年全球海上風(fēng)電每年新增裝機從1GW增長到4GW以上，每年增速超過了20%，根據(jù)國家能源機構(gòu)預(yù)測在未來二十年海上風(fēng)電講的得到更大的發(fā)展，到2030年預(yù)計海上風(fēng)電的總裝機將達到200GW左右，2040年大概在400到500GW。
1991年世界上第一個海上風(fēng)電場是丹麥的Vindeby風(fēng)電場投入運行，當(dāng)時裝了11臺450千瓦的風(fēng)電機組，到2019年世界上最大的海上風(fēng)電機組單機容量已經(jīng)達到12兆瓦，整個容量增大了26倍，海上風(fēng)電機組功能直徑由短變遠、功能率由小變大、離岸距離由近到遠。
2010年海上風(fēng)電機組的風(fēng)輪直徑90米容量是3兆瓦，到今天風(fēng)輪直徑達到200米左右容量達到10兆瓦，未來風(fēng)輪直徑將增加到250米，容量增加到15到20兆瓦。這是已經(jīng)投運開發(fā)6兆瓦以上海上風(fēng)電機組的表，包括GE、西門子和東方電氣在內(nèi)的傳統(tǒng)風(fēng)電設(shè)備制造商有6家都選擇把直驅(qū)作為我們技術(shù)路徑，而另外有3家供應(yīng)商把這個帶齒輪箱的作為他們的選擇，直驅(qū)技術(shù)路線由于傳動鏈短、可靠性高、維護工作量小成為海上風(fēng)電發(fā)展主要的趨勢。隨著近海風(fēng)電逐漸開發(fā)，深遠海的風(fēng)電是下一步開發(fā)趨勢，漂浮式是下一步深遠海風(fēng)電必然的選擇。
這是我們做的7兆瓦漂浮式風(fēng)電的方案，這個方案是針對7兆瓦風(fēng)機做的方案，按照作業(yè)水深在40米，整個基礎(chǔ)的排水量7800噸，鋼結(jié)構(gòu)重量大概是2500噸，養(yǎng)殖容積達到25000立方米，每年養(yǎng)殖可以產(chǎn)生的重量是500噸，養(yǎng)殖收入是2500萬人民幣，養(yǎng)殖成本大概1500萬元，扣除成本以外每一臺風(fēng)機每一年養(yǎng)殖收入達到1000萬元。我們算了一下，針對目前的電價8.5角，如果我們運行小時數(shù)在3000到3500，養(yǎng)殖收入占到發(fā)電收益的一半甚至以上，這個可以有效降低漂浮式風(fēng)機綜合成本。
漂浮式還有一個很大的優(yōu)點就是安裝方便，在碼頭就可以完成安裝，這樣我們就不需要大型的吊裝船，在碼頭安裝以后我們可以用拖船拖到機位，也有采用固定的，也有采用拋錨式安裝的，在碼頭安裝可以增加施工的窗口期，在歐洲一年有200多天可以施工，在中國只有100多天可以施工。采用漂浮式安裝時間窗口期就很長。采用漂浮式對環(huán)境影響很小。再有就是當(dāng)我們風(fēng)機完成25年壽命到期以后，我們可以用船把它托運回碼頭進行拆解，這樣拆解的費用也可以大幅度降低。今天很多專家講了海上風(fēng)電能不能得到發(fā)展、以后有多大的發(fā)展前景，度電成本是我們最核心的，我們應(yīng)該是不斷通過技術(shù)進步、通過技術(shù)創(chuàng)新，從風(fēng)機主機、基礎(chǔ)、塔筒、施工、機電線路一起降低成本。
下面講一下海上風(fēng)電機組的關(guān)鍵技術(shù)，與陸上機組不一樣，這個不光要承受風(fēng)載，還要承載浪載，一體化仿真設(shè)計可以有效模擬，降低基礎(chǔ)造價。作為風(fēng)捕獲的葉片是非常重要的部件，隨著海上風(fēng)機的功率越來越大、葉片越來越長，怎么樣在保證風(fēng)機捕捉風(fēng)能的同時有效的降低載荷，氣動設(shè)計非常關(guān)鍵。隨著葉片越來越長幾何形狀和材料的非線性特征都復(fù)線出來，為了避免葉片顫振、扭振我們必須要進行葉片分析，根據(jù)現(xiàn)在的經(jīng)驗很多風(fēng)機葉片大概在兩年左右就要進行維護，除了增加維護成本，另外就是影響發(fā)電量，是不是在行業(yè)里面作為共性技術(shù)大家怎么樣一起攻關(guān)延長葉片的維護周期。
為了降低風(fēng)機載荷增加剛性，碳纖維材料在風(fēng)機里面得到了大量的應(yīng)用，我們研究7兆瓦、10兆瓦的葉片都采用了碳纖維，碳纖維應(yīng)用在材料方面、工藝控制、質(zhì)量控制難度都比較大，我們還需要比較大的試驗臺進行葉片測試。
風(fēng)力發(fā)電機組里面另外一個關(guān)鍵的部件就是發(fā)電機，永磁發(fā)電機雖然要使用稀土材料，成本相對比較高，但是因為它的效率比傳統(tǒng)的電力磁的發(fā)電機高2%到3%，重量比電力磁發(fā)電機更輕，尺寸也更小，在風(fēng)電領(lǐng)域里面永磁發(fā)電機得到了廣泛的應(yīng)用。對風(fēng)力發(fā)電機來講我們的絕緣技術(shù)、電池設(shè)計包括通風(fēng)、冷卻、鋼強度分析以及怎樣做到防止磁缸退磁都是非常關(guān)鍵的技術(shù)。
為了保證風(fēng)機更好捕獲風(fēng)能，風(fēng)機轉(zhuǎn)速是變化的，像風(fēng)機轉(zhuǎn)速基本上從50%額定轉(zhuǎn)速到100%在運行，風(fēng)機發(fā)出來的電能頻率是變化的，把變化頻率的電能轉(zhuǎn)化為公平電能變流器角色非常重要，我們采用中壓變流器，它的好處是效率比傳統(tǒng)650伏低壓變流起高1%到1.5%，我們這個是采用三變頻技術(shù)，諧波更小，對絕緣影響更小。
采用獨立變槳這個在行業(yè)都在用，在一些特殊工況采用獨立變槳，讓槳葉處于不同的角，降低極端工況的載荷。還有就是能夠有效降低風(fēng)機的載荷就是激光雷達前饋控制，通過提前感知來流的速度可以提前實現(xiàn)變槳降低極限載荷5%到10%、疲勞載荷10%到15%。可以降低風(fēng)機塔筒和結(jié)構(gòu)的建設(shè)成本。
這是雙回路系統(tǒng)設(shè)計，金風(fēng)采用的是四回路，發(fā)電機、變流器在運行過程中發(fā)揮故障這時候不具備維護條件，比如說這時候風(fēng)大沒有施工的窗口期，或者這時候備品備件不支持，我們就可以讓風(fēng)機部分復(fù)合運行，這主要是減少發(fā)電量損失。
中國東南沿海大家普遍要面臨的就是臺風(fēng)，這個表里面是整個臺風(fēng)的統(tǒng)計，特別是在東南沿海這一片影響很大，臺風(fēng)來臨的時候我們有一個很關(guān)鍵的技術(shù)就是主動對臺風(fēng)技術(shù)，當(dāng)臺風(fēng)來的時候我們臺風(fēng)要正對著臺風(fēng)的方向，通過分析計算可以減小基礎(chǔ)載荷20%以上，怎么樣能夠保證風(fēng)機能夠?qū)?zhǔn)這個風(fēng)向？這里面?zhèn)溆秒娫捶浅ｊP(guān)鍵，我們一定要有可靠的備用電源，當(dāng)臺風(fēng)來臨導(dǎo)致電網(wǎng)掉電以后備用電源系統(tǒng)啟動，可以保證主控、偏航系統(tǒng)正常工作降低風(fēng)機的載荷。
海上風(fēng)電另外一個挑戰(zhàn)是鹽霧，我們風(fēng)機裸露在外面的部件都進行涂漆防腐，風(fēng)機內(nèi)部包括塔筒都是與外界隔絕，風(fēng)機運行時發(fā)電機產(chǎn)生的熱量和風(fēng)機其他部件產(chǎn)生的熱量我們通過換熱器帶到機艙外面，保證內(nèi)部和外部隔絕，避免受到鹽霧的侵蝕，當(dāng)風(fēng)機停機檢修的時候這時候在風(fēng)機里面設(shè)置了有新風(fēng)系統(tǒng)，人要去之前把新風(fēng)系統(tǒng)打開，把里面的空氣換掉，同時我們里面有除鹽霧裝置、除濕裝置，在停機的時候也能夠保證防止鹽霧，也可以保證人的安全。
防雷這個事情我就不多說了，雷對葉片的損傷大家都知道，一個是對葉片防雷進行仿真計算，我們還要進行系統(tǒng)測試減少雷電的影響。
