时间:2013年10月16日
地点:中国国际展览中心
主题:2013年北京国际风能大会暨展览会—风电技术论坛(W105)
主持人:今天下午第一个演讲人是Anton de Roest先生。
Anton de Roest:我今天将会简短的介绍一下12MW海上风机概念研究报告,我们公司是一个工程公司,一直致力于研究下一代的海上风机,致力于服务于我们的客户,关注他们的兴趣点和整个行业的发展重心。我们公司在风能已经有20年历史了,也经营许多方面的业务,在风能领域我们有三个活动,最重要的就是设计,路线的优化和系统的提高,当时我们也会致力于运营和修复等问题。我们都知道我们的行业是由经济促动的,所以我们必须要最大限度的利用我们的机器盈利。第三个活动就是风塔,我们都知道,现在我们必须提高风塔的高度。我们的公司足迹遍及各个国家,也有分办事处,我们最著名的就是风机设计,控制器等等的设计,当然在年轻的行业中,我们还与许多大型的公司和机构进行合作。
在风能领域,大家必须要有很多的专业知识,也需要掌握很多领域的技能,所以说我们现在主要是负责设计,概念研究,也对一些软件进行优化,风场的设计,确保风场正常运营,当然所有的平行市场可以获益,关键是有正确的人才,让他们为人们关注的工作进行努力。最终才能得到我们要的结果。再给你们举另外一个例子,我们不仅仅研究,也在讨论,这里有一个简短的介绍,有125米风机高度,在这个PPT中,我不会重点介绍水压风机。如果你们看到这个图片的话就知道,这些机器的尺寸,你可以看到,上面有飞机的倒影就知道风机多大了。过去20年中,风机尺寸都在发生变化,从远处看没有区别,但是如果你看看发展历程的话,你会发现从80年代中期,慢慢的瓦度不断的增加,他们现在成为整个行业的摇钱树,而在过去十年中2MW,2.5MW风机是最主流的机型。现在已经安装的机型大概都是2MW的。所以说许多的2MW,2.5MW的机型,已经被安装了。如果你看看未来,我认为在未来几年中,主要的市场将会是5MW的风机。
再给你们举一个例子,我们如何来思索12MW的概念?在这个概念研究中,我会讲一讲我们与最先进的风电机件的差别,现在这个尺寸在不断的增加,大家在计算如果尺寸增加有什么后果,我会给你们讲一下,12MW风机应该有的尺寸是什么样的?基础,就是我们会做出选择,是根据我们的概念评级让大家做出最省钱的选择,应对挑战和可行性解决方法,然后我们会展示给大家怎样解决这些问题,看看所有的叶片等问题。
我们先从概念设计来看,那么现在市场上大概是6MW,是150米宽的叶片,已经有几家公司做这样的概念,而且做一些样机,他们现在的大概都是5-7MW的风机的情况。如果要进入下一步我们看看供应链目前达到的能力。很多公司都在做相应的准备,比如说叶片的设计公司,比如说单叶片达到100米,那么单叶片150米,对我们的转子实际上都有很高的要求。我们的叶片在不断的增大的情况下,我们转子也要适应这样的比例增长。另外一个重要的特点,就是我们转的,还有一些角度的特点。实际上我们叶片增大之后,实际上角度增加并不是很大,但是有一些特点,但是还有一些要求,以便我们能够做到相适应的一些改变。
比如说我们的转子的力和塔(音译)的距离不是根据叶片有多大增长增大的,而且有这个比例增长,你就要看一下它的功率。实际上再看功率的时候,只要叶片增长2倍,功率增长4倍,这是固定的。但是另外一个力量,就是我们立方比例的话,比如说是我们的空气动力学,还有我们的其他的物理上面的特点。那么还有另外一个方面,还有其他的一些概念上的也是非常重要的。
在实际应用中,可能我们的机组跟增长比例也是不成比例的(音译)在比例选择上,和选择之后进行的变动,会产生什么样的变化呢?实际上在我们设计中间要非常的仔细,而且要非常的完全的进行计算,就是看看它设计的一些特点和它最后的影响,是成什么样的比例?比如说5MW现在这样的风机,这个是5-8年之前第一个样机进行的设计。那么它的机舱和它的转子和现在的设计理念完全是不一样的。我们也知道,从价钱方面来说,因为经济是非常决定性的因素。比如说我们的机舱的重量,比如说我们转子的重量,从经济学上面来考虑,如果根据我们现在5MW的350吨的这样的趋势往上走的话,再大就是650吨了。
如果我们做一个整体的设计,12MW的话,我们选择的风区等级用的是IECI,这个是欧洲北海区域进行的应用如果把它等同到中国的状况,可能它需要10MW的,这个额定风速是13.4,这个主要考虑到我们在北海区域的实际的情况,另外一个我们也觉得很重要,就是一开始,我们必须要把这个产品做的比较轻,而且设计很紧凑,那么这种唯一的实现的方式实际上就是要降低我们的机架的重量和机架的成本。因为这个机架实际上在整体的设计中间,不管是在价钱上,还是重量上,都占了很大的比重。很多投资者,都非常想知道,你设计这么大的风机,你到底要投资多少,但是衡量尺度就是产电之后有多少回报,我的资产投入是多少。要想达到这样的投资回报的设计理念,你不能什么都是重新设计的,而是根据现有的技术进行设计,而且有现有的可靠性的机型设计。
那么在概念挑选上,我们现在有120种不同的概念设计的想法。所有的概念都适用不同的区域,不同的载荷,还有不同的主要的原件连接的问题,还有不同的运作和维护,维修这样的方式。把不同的理念叠加起来之后,我们可能把所有的概念,都会给它一个分值,根据这个分值之后我们就可以选择了。主要来说,我们要看最重要的一些特性就在于,做一个海上风机,风机本身只是占整体成本的30%,另外一个红占成本很大的比例实际上就是我们运维。这个运维占生命周期的20%,运输和安装占了10%,这个就是它的机组,这个机组战15%,基础设施也是非常重要的。因为对于风机来说,每种风机,电力基础设施都是很至关重要的。
我们有三种风机的技术,对于我们的市场,还有行业可能都是比较适合的。我们用这三种主要的机型技术进行评选,第一个就是直驱的机型,它是12MW的。我们也注意到,如果是12MW的,它的超大空气间隙直径是很重要的。那么这种空气间隙直径大了以后,它的效率就很高了。但是在选择这种的时候,我们要控制它的静态载荷,还有齿轮,还有磁性,这些问题怎么解决。因为这样的电机整个的直径是非常大的,也要根据风的速度确定,到底哪种机型可以选择,因为大的话,电的发电效率降低,而且安装的时候,这么大型的发电机也有问题。这么大的齿轮箱,机舱的重量很大,这样的机舱重量大的话,对机器可靠性造成威胁。可靠性对风机成本方面是有威胁的,我们要给予更多的关注。
现在市场更受欢迎的是中等重量的,但是速度低的发电机组。从我个人的经验和市场的了解来说呢,这种在物流和安装上面来说,也比较方便。而且对于机组来说,如果我们的重量降低了之后,整个在运输和吊装上面,对我们设备上面的需求都会降低很多。可能会计算如何进行设计,大家会想,我们现在已经进步到哪个地步了?根据我们的升级如何来预算结果。我们现在的发展与升级非常的相符,这是非常重要的。
现在我们在讨论ICE40吨的机型,但是我也希望我们能够利用我们的升级标准,因为这种方式是非常合适合理的,但是你不想要和你不应该有的是完全不一样的概念,主要的集成单组的轴承组成架呢是非常重要的。集成齿轮箱发电集成也非常重要,我选择了电动偏航系统,提高其可靠性,还使用了电器设备置于塔顶,因为我们想让机器小型化,减少它的载重量。这是我们在设计过程中发现的质量分布图,我们与现在已有的设计进行比较的时候发现,人们现在可能会觉得比较枯燥,但是会看一下主要的转移质量的地方就是承载质量最大的地方。实际上动力传动系统也发生了变化,所以当前的机舱重量,顶部重量都有所不同,组织架结构会把所有的原件结合在一起,降低质量,提高发电效率。我们会看到电轮叶片质量是最重的,至于我们之前所预测的结果是一样的。根据这个区域,和我们的计算结果,我们会发现它是一个直线的立体的变化方式。
我们未来会把质量增加到950吨,这与当前设计的6MW机器还是有差别的,因为这个需要更大的质量和材料。所以说你的终端客户会更偏向于6MW,而不是12MW的机型,还有它的安装成本也会降低,如果大家把当前的设计和趋势进行比较的话,会发现我们的预测是非常正确的。然后如果想要控制重量和尺寸的话,确保每个风机能够适应各种情况的发展,我们必须要有紧凑的集成设计,必须要有优化的零部件,我们所使用的材料呢,就必须能够适应其各种情况,而且具有很高的可靠性。如果想要控制成本的话,就必须要设计的非常的紧凑,尽可能的减少机舱内部的零部件数量,因为机舱内部呢,即使是原件很少的时候,但是其更换和维护难度也非常大。而且交通运输也很困难,我们必须要关注机舱布局,突出便于运营和维修,同时我们必须要减少顶部质量降低塔桶和支撑结构的成本,而我们在安装之前就必须要对所有的原部件进行检修,必须要确保它们能够进行连接,达到我们想要的结果。把所有的原件结合在一起,然后再对它们进行检验,这是第二步。
看一下这个表,集成的设计,也需要集成的评估。我们现在的设计是非常紧凑的,但是如果把建筑实体增大的话,难度也会增大的。就比如说齿轮箱和轮毂其实会影响到它的可靠性和它的寿命的。如果把它们都结合在一起的话,其实结构是非常复杂的。我们必须要把所有的原件都考虑进来,然后计算它们的边界情况的运行状况,最后再进行优化。最后的目标就是降低其质量,尽可能的增加它的体积。
当然我们还有一些顾客,我们在风能发电这方面有很多重要的终端客户,这是非常重要的一点,你必须要非常的可靠,这就需要依赖现在的市场经验,确保你能证明什么和你最好的产品之间取得平衡,如果你制造一个样机的话,那其技术必须足够成熟进行展示,而对于所有的公司来说,他们必须要依赖很大的供应链,风能产业依赖许多的公司,那我们在这方面有许多合作伙伴,也取得和制造出最完美的产品。
这个幻灯片非常的有意思,显示出这些原件之间的内部情况,因为在风能领域呢,许多的原件都是在里面的,我们在外面看不到,我认为我们变桨会不断的变长,而它的主要轴承承担了最大的力量和重量,但是这是必要的,因为在深海我们没有办法进行更新,我们必须要确保它能够最大限度的提高寿命,降低成本,这就是银行最关注的问题,也是我们的运营和维修条件所要求的。这样才能提高它的强度和刚度,就可以降低它的成本,保证我们这个机型的轻质。
所以说看看我们这个海洋风电发展的话,市场还有很多的经验和实力,也会有很多的产品,但是必须要介绍一下,我们已经知道的一些知识。我们必须要做出选择,选择的产品必须要符合我们本地的环境,那我们还认为重要的一点就是要综合考虑风机的研发,支撑机构和运行维护的策略。之前支撑结构和运行维护策略不是很重要,但是想一想,这其实会影响到我们终端客户的成本。所以说我们现在的6MW风机,我们以后会提高等级到12MW,我们会控制成本,如果大家经过实际的计算的话,会发现全部的尺寸和达到或超过预期的目标,而我们预计我们未来的产品会越来越好,我们已经声明了,许多供货商也证明了这一点,就是我们可以做到更好。
那么我们现在应该做什么呢?就是结构产品问题,我们必须结构零部件的优化循环,调研塔架结构的备选方案,优化载荷,应用更新数据和先进控制系统,考虑动力系统,我们应该分析如何更长时间的应用我们的产品,当然还有供应链的问题。如果没有很好的供应链的话,那潜在的供应商就不能加入进来,就没有办法进行生产,同时还要运用制造商和设备商的投入来制造我们所需要的机型,谢谢大家。如果大家有问题的话,可以问一下。
提问:你说机舱上面的零部件尽可能的少,现在就从你半直驱的角度来说,你这个少,主要少在哪一部分了?能不能请教一下?哪些零部件可以少,就是这样的问题?
Anton de Roest:主要的可以取消掉的一些比如说变压器,还有一部分的控制器是可以去掉的,还有一些逆变器,有一部分也是可以去掉的。那么12MW的,你的逆变器的重量是很大的,所以减少一部分就会有很大的变化。有的时候你可以选择瓦数比较高的,比如说还有你的电缆你可以做出相应的选择,电缆的线数可以进行一些降低,确保冷却系统的要求有控制的,不要太多了。因为降温的问题也是为什么我们选择这个电器气系统,就是半直驱的电气系统,就是因为过滤和降温方面有很大重量的降低。
提问:刚才你提到12MW的机组,在电能输出的时候,在电压等级方面,比如说采用低压的,中压的,高压的这方面有什么考虑?
Anton de Roest:我们选择的是中压。如果你要向高压变,逆变器的成本非常高,而且下这个塔的电缆,这个电缆对于一开始的投资来说也是非常高的,那么中压的话,可能它对电缆用的铜就会少,那么高压的话,电缆的线,相当来说就是比较长的,所以电缆在一开始的第一次投资的时候,会有很大的投资的意义在这个地方。那么我可以问一下,您也是这么考虑的吗?
提问:选择设计5MW,6MW的时候,也考虑中压,但是现在大部分的制造商还是采用低压,主要是中压的变流器的配套还是问题,今后在中国中压的变流器还是有一些问题,我觉得中压是很好的选择,但是在国内配电方面有一些问题。
Anton de Roest:我同意您的想法,所以我们也是说,10-12MW也在考虑,几年以后。那么在那时候配套中亚的变流器,包括电缆也会慢慢成熟的,而且可能会有更好的解决办法。比如说电缆,而且总体来说,中压在成本投入上是很好的选择。
夜间的速度是一百,这个速度当然还可以再增加一点,但是我不能给出具体的数字。从现在市场上的5MW来说,100米来说,比这个比例还要低一点,目前5MW是高速的,但是我们考虑的,就是它的叶片,因为在这个高度上,可能有一些效率上的考虑,而且在它的投资成本上面,可能在这样的高度来说,是最优的一个选择,那么可能对叶片转的速度会有一点影响。
Eystein Borgen:轴承是不是很大。这么大的轴承,有相适应的供应商吗?
Anton de Roest:实际上在我们PPT里面,轴承是52吨的,它的制造商,我们这儿也有显示,我们在一些供应商上也进行相关的讨论,而且我们也希望从供应商这边,有一些信息。这样大的轴承,可能会有一些什么样的缺陷,有一些什么样的问题。可能不同的供应商,有不同的回答,那我们从所有的方案中间来进行选择。那么我们再来看一下这页。这个图里面也显示,你可以看到,每一种轴承里面,疲劳的余量,我们对整体的轴承都会有这样的考虑。如果它疲劳的余量如果超过的话,可能对于整个的设备都会有巨大的一个影响。那么我们设计的一个想法就是说,对于我们整个的设备的载荷,对我们轴承的影响降到最低。
Eystein Borgen:我们也在看轴承的一些问题。那么这种滚珠性的轴承。
Anton de Roest:实际上有一些问题,经济上面是有好处的,我们确实考虑到,一个是经济方面,再一个安装整个的设备当中,而且支撑系统怎么进行,而且对于它的主轴会有什么样的一些影响,就是这样的轴承,如果主轴太短的话,你也不能用这样的滚珠式的轴承,它可能对你的主轴进行一些影响。而且这种轴承很容易,重量非常大,而且我们也要知道,它的这种重量,对于整个的设备,会有什么样的影响。还有对于前期的投资,它是什么样的经济效益,我们都要进行评估。我们对于这个单一的主轴承的,这样的一个设计呢,有很多的经验,而且我们也很有信心,这种单页的主轴是可行的方案。
主持人:下一位是北京鉴衡认证中心有限公司黄宇同先生做飘浮式风电机组建模过程与仿真结果。
黄宇同:我今天介绍的内容是一个飘浮式风电机组的建模和仿真结果的比较情况。实际上这个飘浮式风机的建模过程,是我们北京鉴衡认证中心在参与IECTASK30的项目中所做的一些研究工作(音译)我今天很高兴的把我们所做的工作向大家展示一下。首先我向大家介绍一下一些详细的背景情况,包括项目已经完结的项目和项目进展的情况,其次我向大家介绍一下关于项目采用的模型我会给出具体的描述,因为它是一个飘浮式的风机,所以我单独介绍一下我们在建模的时候我们采用的稀薄系统,最后我向大家展示一下,包括鉴衡在内和其他项目成员的仿真结果的对比。
首先请允许我介绍一下北京鉴衡认证中心,可能有熟悉的,有不熟悉的。北京鉴衡认证中心呢,是一家致力于风能,太阳能还有其他可再生能源的认证和检测的这样一家机构。近些年来北京鉴衡认证中心也在参与国际的标准,像IC标准的制定过程也有参与,最近我们在保定建立了我们自己的一个检测的实验室。海上风力发电相比于陆上来说,有它自己的优势,比如说它的风资源更加的丰富,稳定性更高,还有一点,一般来说,经济中心往往是沿着海岸线分布的,所以它离电力负荷中心很近。那么在中国的情况可以看到,右下角这个图表,近几年来,增长的速度也是非常快的,现在仅次于英国和丹麦,在海上风力发展的领域。
虽然它有它的优势,但是我们可以看到,其实对海上风机来说,它的固定成本比陆上风机高出不少,主要体现在它的基础和安装成本上,都有很大的提高。因为对于每一个海上风电场来说相当于一个特定厂址的一个设计,所以在前期来说,对于支撑平台的设计是非常重要的。那么目前来说还是借助与软件进行仿真和前期的研究。对于现有能够提供建模和仿真软件来说,它们的准确性,还有它们适应的范围,对设计者来说是非常重要的,这也就是整个项目的意义。
目前IEA已经完成的项目是TASK23底下的项目,它是单装的三脚架和倒立板结构的3个不同的基础的海上风机的建模和仿真结果的对比。我们现在进行的项目就是IEATASK30,也叫OC4项目,它就是OC3项目的一个延续,主要分两个阶段,第一个阶段是桁架式基础的海上风电机组的建模和仿真结果对比。和3桩半潜式浮动平台的建模和仿真结果对比。TASK30的参与者18个国家,47家机构。
第一阶段是桁架式的支撑机组就像左边这个图一样,这个项目现在已经完结了,我们正在进行的其实也快接近尾声了,是半潜式飘浮的平台,通过三根缆绳固定在海面上。
相比于固定支撑平台,浮动式的平台有下面几个特点。比如说它会有很大的低频模态,这种低频模态对塔架和风轮的阻离和整个系统的稳定性都会有影响,相比固定的支撑平台,这种浮动式的平台,在运行的时候,它的位移更大,可能会有机舱风轮的运动产成耦合。因为它是飘浮式的,稀薄系统的加入,对整个系统的动力学行为都会有影响的。再一个水动力对于飘浮平台的影响。
我们这个项目,从大方面来讲是三种工况,第一个是静水无风,第二个是仅有浪载的,第三个是风浪共同作用的工况。这个平台有6个自由度,我们主要研究它在6个自由度上的动力学行为,以及关键点上的受力行为,然后把大家的结果进行比较。
由于TASK23和TASK30用的都是同样的机组,就是美国可再生能源EREL5MW的机组,唯一的不同是底下的平台,我们研究的是左边这幅图是三桩式的浮动平台,具体的尺寸也可以在图上看到。那么参与结果对比的机构是右面这个表。我们的建模方式就是以梁单元建模为主,在机组这块,尽可能的实现模型的结构。
在浮动平台里,实际上很大一部分的质量来自于里面注入的海水,用来保持整个平台的稳定性,注水的质量占到整个系统的80%以上。那么在模拟注水的情况下,我们也是通过参数的设置,也可以实现这个模拟。
接下来就是缆绳的系统。我们采取的这样的建模方式是一个非线性的建模,具体的情况就像左下角这个图形一样,唯一能够控制缆绳张力的变量就是disctance,就是从海底固定的点到海底投影这个点的距离。在模拟的时候,实际上模拟的是竖直方向和水平方向两个张力来给平台提供约束力。在建模的时候,由于我们采用梁单元,导缆孔采用额外的单元,这个单元假设它仅仅传递力的作用,左边这个图是我们非线性缆绳模型的一些位移和力的关系。
对于力是如何加载的话?我们这里采用的是morison方程,这个方程对于海攻建模是非常普遍的,对于固定支撑平台可以求出横向的水动力,但了对于像我们这个浮动的支撑平台,它不但要考虑横向的水动力,由于下面直径很大,水对它的阻力和作用力也是必须要考虑的,所以在这个方向也要需要用morison分析它在竖直方向的水动力。这是结果的比较,可以看到图中蓝线就是没有加载竖直方向加载水动力的情况,横向是加载水动力的情况。主要表现在对竖直方向运动的振幅对频率的影响。加载水动力之后,整个平台在竖直方向的为止表现衰减速度快一些,然后振幅要小一些。这个就是我们项目组成员所有结果的比较。这个结果还是比较一致的,对于静水和无风的状况。这是导缆孔受力结果的对比,大体上也是比较一致的。
这个工况主要用来校对模型的一些正确性,接下来就是把波浪的工况加进去,这个工况是一个线性的Airy的模型,在这个工况作用下,对比的结果出现了两个不一样的情况。第一个就是应用morison方程这样的结果,其他的是用顺流理论(音译)进行建模的结果。之所以呈现整体的平均的漂移是因为?对于我们来讲,我们在建模的时候,采用的是disctance的手段,就是说在一般用morison方程的时候,只能把作用力加载在海平面上,我们希望它把作用力加载在波浪自由端上,我们就要用把海底到海面的高度拉伸到自由度的高度,这样对整个系统会产生一个额外的影响。
这个也是在有波浪和洋流作用下也是出现了一个平均漂移的情况。这个工况就是不规则的波浪的工况。我们可以看到在采用morison的结果,主要是低频的成分,响应比较大,因为低频成分主要来源于平台的响应,在中频波浪的频率下,都是一样的。这是50年极端波浪的工况,同样也是在低频部分,就是平台运动的响应是非常大的。
最后一个就是波浪和风共同作用下的工况,这两个图之所以有差距是相位的差距,来源于风轮初始方位角的不同。从受力来看,这个结果还是一样的。也就是说仿真软件对于风况的加载来说,还是比较一致的。同样差距就来源于对于波浪的加载,那么也是同样的情况,在morison方程结果出现了平均的位移,加载风的情况下这种情况还是存在的。这个是湍流风和波浪共同作用下的结果在夜间位移情况大致是一样的,不同点也是来自于平台的运动,同样在低频处出现了比较大的响应。
我总结一下,这个项目其实它的目的就是以下这么几点,第一个就是改进海上风电,包括平台的设计,第二个就是把大家不同仿真平台的结果对比之后,用来检验仿真软件的可靠性和准备性,进而可以促进新的模型和软件的开发,这就是整个项目的目的。
OC4课题已经接近尾声了,下一次是OC5课题,因为OC3,OC4都是仿真软件的对比结果,在OC5课题想加入实测的数据进行进一步的分析。其实IEA下面有很多的TASK,我仅仅列举了一些,希望国内感兴趣的通行,可以参与到国际合作的研究项目中去,谢谢大家。
主持人:下面是提问。我先提一个问题,如果海况有冰震怎么处理?
黄宇同:目前我们还没有考虑这种工况。
主持人:实际上在渤海湾,特别是去年到今年春天,结冰一米多厚,在这种情况下,我觉得飘浮应该考虑。如果你在远海湾可能没有冰震。因为冰震对固定式平台也是一个非常大的一个风险,何况你是飘浮式,我就提这个问题?
黄宇同:目前我们还没有考虑。它是这样的,在项目的进行当中,也像您这样,有其他的人提出新的工况,就是用来模拟不同的情况,就是在运行中有缆绳突然断裂的工况,还有其中有几个柱子进水的工况,至于冰震的工况,我回去跟他们讨论,再给您答疑。
主持人:海洋生物的腐蚀考虑了没有?这是最新的一个课题。
黄宇同:目前我们也没有考虑。我们考虑的工况都是一些比较基本的,现在目前上像这种工况还没有加入考虑范围。
主持人:各位还有什么问题?
提问:刚才看了用软件对风机进行建模,主要是建模过程方面的情况。我问几个具体的问题,因为目前的版本是通过KM3模拟系统的,在这个里面的话,我想知道刚度矩阵通过第三方软件获取的,还是怎么样的?
黄宇同:我们通过fast软件得到的。其实这个就是这个项目的意义,像目前这个软件没有办法实现这个功能,4.4的版本,加入了全面模拟缆绳的动力学行为的模块。
提问:我想知道是静态的,还是动态的缆绳?
黄宇同:接下来的版本应该是动态的。
提问:在你现在的分析里面,只是考虑了刚度特性,质量和阻力特性没有考虑?
黄宇同:是。
提问:因为目前这个版本软件里面,对水动力考虑用了Morison的方程,但是在里面加了一个阻尼,我想这个阻尼是哪里来的?
黄宇同:因为这个软件常规的设置是没有办法加入的,我跟这个项目参与者之一,调了一段代码才加入了水动力的描述。
提问:在其他方向加了CE系数?
黄宇同:横向上还是没有变化的。
提问:在模型建模的时候,这个软件是tubber单元建模的,实际上平台的话,里面有一些压载水,还有内部附件,正量调整是怎么调整的?
黄宇同:这个质量调整是这样的,像您说的,附加的,比如说连接的单元我们必须要模拟这种单元的话,我们把它做成一个刚性的杆,质量很低,刚度很大,它没有其他任何物理性质,至于重量的话,因为这部分毕竟占的比重很小,主要是注水质量很大,您说的没错,是有偏差,但是质量偏差非常小。其实另外一个偏差更大的,就像您说的里面有杆重叠的情况,建模默认额外提供一部分浮力的,这部分偏差是很大的。我们通过适当的调整附加的杆的密度,把额外的浮力抵消掉。
主持人:下面由浙江运达风电股份有限公司叶杭冶总工程师,做关于7MW级风电机组及关键部件设计与产业化。
叶杭冶:这个项目是我们国家科技部组织的国家科技计划,是十二五期间重大的专项,在十二五重大专项里面,科技部一共安排了两个项目,一个就是国家863计划项目就是10MW级的风电机组的样机的开发。刚才MECAL公司Anton de Roest介绍了12MW的计划,这个是非常先进的,合理的理念和设计。我觉得我们的大容量的机组应该向这个方向去努力。但是要做到像Anton de Roest先生介绍的12MW的机组,实现这样的概念,我感觉到这个需要非常有实力的技术工业支撑的。其中包括紧凑型的,超紧凑型的设计,就目前来讲,国内比较务实的来讲,很难接受这样的设计。因为就发电机本身,也存在不少的问题。如果组成在一起,给维护带来很大的麻烦。还有包括单轴承的支撑的设计,国内也很难做到。但是不管怎么讲,这个设计对大容量来说是非常合理的。国内10MW的机组,它的社了更加理性化,更加激进的设计。10MW级机组的概念采用超导电子设计的,是直驱型的,它的重量会更轻。从当时科技部听中期汇报的时候,机组设计可能像2MW机组那么重。但是实践起来也是非常的难的。
当时我听他们说的时候,仅仅电机成本就要超过一万块钱一千瓦了,还不包括其他的。我们也知道在风电机组里面,电机的占比大概只占10-20%左右的成本,如果仅一个电机一万块钱一千瓦,整个机组的造价是非常昂贵的。所以那个想法离商业化运行也是有很大的差距。我这里想介绍的是国家科技支撑计划。国家科技支撑计划是以产业化为目标的,那么也就是说在这个项目完成的时候,要有一个示范项目来验证产品所有的性能指标,为在十二五以后,就是在下一个五年计划大规模开发海上风电提供产品支撑的项目。
陆上优质风资源逐渐的减少了,人们的目光开始转移到海上风资源了。虽然在十二五期间国家有雄心勃勃的计划,但是目前来看,这个推进速度还是比较缓慢的。设立7MW的机组,主要是为下一个阶段,就是国内能够大规模的推进海上风电的开发做一个准备。一个就是通过7MW级机组的设计提供海上装备的需要,同时形成一个成熟的配套产业链。同时希望技术经过示范工厂的验证。其中包括适合中国海洋环境特点的产品设计,抗湿热,抗盐雾,抗雷击,抗腐蚀,抗台风,抗地震等等。同时通过示范项目的示范,也对海上风电的运维,服务,安装这方面取得一些经验。国家十二五能源专业领域提到了,这段话是在科技部十二五发展规划当中写上去的,就是要通过十二五期间,国家科技支撑计划的实施,达到这样的目标。
第二部分我介绍一下项目的总体情况。十二五期间7MW级风电机组项目,参与的单位有几十家单位,大概将近30家单位参与了项目。这个项目前期是由我组织申报的。通过专家评审,通过科技部专家请来的评审,最后确定立项。在项目里面,在总体方面,设立了一个课题,这个课题就是从7MW级,但是课题的设计从5MW到7MW这样一个系列性的,其中也包括5MW,6MW,7MW,这样的系列性的产品的开发。今后在十三五期间是我们国内海上空间的主流产品。
其中这个开发涵盖了大型风电技术所有关键部件的开发和国产化。大家可以看到,叶片集合了我们国内一些最大的叶片制造商,包括中复连众,重材,华翼,天和,南航,发电机方面也是国内电机方面技术能力最强的高等院校和制造厂商,还有齿轮箱和轴承,还有在变流器方面,变桨方面也是国内比较有能力的制造厂商。所有参与这些项目的单位,都是在十五和十一五期间,承担了相应的国家风电领域的风电项目,并且取得了良好业绩的这些单位。
这个项目在申报的时候,也受到大型的国家电力集团,海上风电示范项目,就是大唐集团和国电集团的支持下开发海上风电项目。在这方面,他们开发的项目都已经列入国家能源局项目批复计划当中了。其中包括关键技术的突破,参与的有高等院校,科研院所,还有风电机组零部件,以及海上风电机组的产业化,示范项目,包括业主单位。
在7MW机组开发方面,它的主要参数是一款采用高速永磁电机的一款机型,这也是它最新的进展情况。我们在一开始项目开始的时候,曾经提出采用综述永磁5点级就是12MW的方案,这个方案对大型电场比较合理,但是在进行之中,制造厂感觉到要设计一款这样的机型从产业化方面来讲还是有很大的风险的。除非你是主机厂家是一个装备制造能力非常高的,它本身就是非常高的大型的电机厂。电机厂有传动系统的制造能力,要有综合实力的厂家联合开发一款发电机和齿轮箱集中在一起的厂家。现在我们的主机厂家是集成的厂家,所有的部件都是通过专业厂家配套的,这样的话对他来讲,他首先认为技术比较成熟,很骄傲,容易实现,不会自己给自己找麻烦,他只要把总体设计能够设计的合理完善就可以了,其他的这些部件,希望产业成熟,基于这样的想法,最终又回退到常规的采用高速永磁发电机。传动链是两级星一级平行周德齿轮箱传动,紧凑型设计。
另外还有一款是5MW的机组,5MW机组主要由我们开发,主要为了满足东南沿海抗台风的需要,我们设计的一款可以满足,一类地区和二类地区的机组。而且也做了一些抗台风方面的考虑,包括备用电源这方面的一些考虑。在台风状态下的一些必要的控制姿态,这方面的考虑。虽然是5MW的机型,目前叶轮直径的设计130-140米,是因为中国东南沿海的风速比欧洲的要低一些,风资源实际上差一些。也是从成熟的角度考虑,原来这款机型采用中压的方案,但是最终又退回到低压了,这个也考虑到,国内目前在变流器方面的配套能力。在选择发电机的形式方面,最初选择的是高速永磁电机,但是最后退回来了。在我国东海地区风电机组设计方面采用了比较成熟的技术。
国内前期参与MW级部件的几家单位都参与了,这个开发当中尝试采用了最新的技术,包括采用碳纤维的桨页,还有分段式的叶片,这方面也在考虑,也在设计过程当中。
在齿轮箱方面呢,这里我们国内几家主要的齿轮箱单位。对齿轮箱来说,速比越高,设计难度也越大。基于前期在1.5MW,包括1.5-3MW的产品设计上,采用了高速齿轮箱,就是大速比的齿轮箱。还有轴承的开发,一种轴承可能会设计成单纯纯支撑的结构,可能对5MW来说,设计还是比较保守,采用常规的双轴承支撑的结构。目前国内,在十一五期间承担国家科技支撑计划的单位,他们也为我国的大型风电机组主轴承的开发做出很大的努力,现在也在大批量应用,这次也承担7MW的轴承的开发。
还有变流器的开发,变流器的开发,我们在项目申报的时候,立项的时候,所有的变流器厂家都说要独立完成中压变流器的开发。但是目前从主机来讲,不一定能采用中压的设计,但是从他们厂家来说,要完成中压变流器的开发。还有变桨系统的开发,变桨系统,扭矩,转速,功率,包括变桨叶控制速度,后备电源,运行环境温度,环境湿度方面的考虑。
还有发电机的改良,在参与项目的单位中,提出半直驱的永磁电机,采用蒸发冷却的技术,这也是一种新的方案。这个方案可能通过项目组进行实验和验证。还有直驱,虽然我们这个项目,两个设备可能都不采用,但是承担单位也准备开发7MW永磁发电机作为一种尝试。还有就是要测试平台。那么对于7MW机组开发完以后在地面上做完整的实验,因为是海上风电机组,所以地面实验也是很重要的,同时也包括支撑平台的建设。这些测试平台包括变桨系统,叶片测试系统,整体传动力的系统,以及变流器的系统。整个项目的最终实现过程主要通过样机的测试,包括整机部件的测试,然后通过样机的认证,通过国内指定权威机构的认证,最后通过实际示范考核,这些都会写在项目计划里面,每个阶段,科技部都会进行验收的。这就是我们整个项目的设置的情况。
从目前进度来说,5MW机组今年年底安装在第一个示范点,就是在宁波的穿山的一个风电场,这是离海电比较靠近的,还没有真正下到海里,可能到明年下半年到海里,在陆地运行一段时间才会入海,2015年实现整个项目的示范。
主持人:刚才叶杭冶博士把国家科技部7MW做了精彩的介绍,大家还有什么问题提问吗?
提问:7MW风电机组,通过模型分析,通过你们的研究结果,单位千瓦的建设成本,和单位度电成本,和你们以前机型相比,能有多少发展,或者降低了?
叶杭冶:从目前来看,5-7MW单位千瓦的成本,因为单位千瓦的成本涉及到风资源,涉及到风况。毫无疑问,5MW或者7MW的机组制造成本比1.5MW和2MW的机组成本高很多,但是放在海上风资源丰富的地方,度电成本也会提高,但是还是可以考虑的,这个就比较难比较了。但是如果从制造成本来讲,我估计要提高至少50%以上。
提问:放到海上的经验是陆上的一倍左右嘛,我一直考虑这个问题,能不能通过容量的增大,把成本降下来,你们在这方面有没有什么新的研究成果?
叶杭冶:刚才我听了Anton de Roest的介绍,过去我们比较认可,就是陆上机组的成本,大概占到60-70%,如果在海上的话,这个风电机组的成本只占到30-40%,我为什么把机组设计很大呢?我就是为了增大机组的占体。因为你的配套设施是很厉害的,费用很大的,花这么大的配套设施,费用很大,就装一个小的风机,配套设施占80%,发电设施是20%,这样是不合算的。风机很大,这样成本就上去了,后面配套设施投入进去,也可以摊平一些,总的成本不会增加很多。
提问:你们在成本分析这块,有没有新的进展?
叶杭冶:从量化来讲?
提问:建模?
叶杭冶:量化上还没有,定性上就是这样考虑的。
提问:你刚才提到5MW的风电机在沿海使用,这样的风机要耐台风,因为海上风险比较大,我想请教一下你们专业的意见。
叶杭冶:IC1类或者2类。我们是C类。
提问:耐风到几米比较安全?
叶杭冶:如果我们不考虑台风的话,大家都讲了,海上风电有很大的优势,优势是什么呢?假如说在台风情况下,湍流很高,设计强度方面就会增加。
提问:你们规划要测验,这个等级是什么样的?
叶杭冶:最近由我们公司主持起草了中国的国家的标准,叫台风型风电机组标准,前不久已经评审通过了,报批了。我们对风电机组的设计,包括湍流参数取值重新做了固定。比如说我机型装在台风地区,我的设计还要考虑台风地区特定的风况,因为我们风电机组设计当中要计算非常多的风况,非常多的载荷工况,要全部满足载荷工况之后,我的机组才能通过认证,这也是我们设计中要考虑的问题。
提问:你5MW和7MW的机组,各用的是哪家的齿轮箱?
叶杭冶:就是高速的齿轮箱。5MW的齿轮箱是南高池(音译)提供了,7MW的目前还没有最终确定厂家,但是设计还在招标过程中,估计是南高池(音译)。
提问:你们机组目标市场是中国哪块海域?
叶杭冶:从我们合同任务来说,7MW项目可能在渤海湾,主要由大唐集团公司开发的项目,5MW是国电集团支持的,是在浙江。
提问:是没有台风的区域是吗?
叶杭冶:5MW的地方可能要考虑台风。
提问:能不能简单介绍一下变桨系统里面,独立变桨是怎么考虑的?
叶杭冶:独立变桨的概念,最近在大型风电机组里面大家提的比较多,我们在设计当中,我们都会考虑在风电机组采取独立变桨的控制策略。独立变桨主要是风电机组在额定工况附近采用的。因为额定功率附近,我们桨叶角度本来就是不断的调整的,这个时候它的运行载荷也是很大的,独立变桨主要在这种情况下,降低风电机组的运行载荷,减少它的疲劳强度,在这个时候,一定范围采用独立变桨的策略,低风速情况下还是不采用的。独立变桨跟我们统一的变桨,实际上是一个叠加的行为。因为我们通常采用变桨是统一的,但是在采取独立变桨的时候,统一的变桨还是照样用的,我们只是在它上面叠加一个需要调整桨叶角度的指令,有限的调整它,采用独立变桨,主要平衡叶片在空间位置不同载荷的要求。
提问:有一种可能,每个桨叶子的受力载荷怎么考虑呢?
叶杭冶:目前有很多办法,现在用的是通过桨叶叶根的应力,把叶根的应力输到控制系统,然后给控制系统发指令,用光纤传感器。
主持人:我有三个问题。第一个问题,你7MW的工况最高温度是40度,8月份我去了解,如果温度是90度,机舱温度是70度,所以你们的考虑是不是值得商榷,适合中国的环境条件。第二个问题原来选中压,最后是低压,现在兰州的要上高压了,我们科技部的项目过一段时间要比它高(音译)因为现在为了适应电网,只好用690,会马上提高,科技部的项目,它那个是同步电机,作为7MW还要研发变流器,还要研发大功率电机都要研发,当时你们是怎么定的?现在兰州电机2MW,马上要3MW了,5MW,8MW,但是8MW的方案就是,传统系统重量是100吨,5MW的话是71吨。因为你那个已经定了,今后还有后期,因为它是同步电机,同步电机不需要变流器。
叶杭冶:刚才我们讲到了机组设计的环境温度是40度,这个环境温度跟刚才姚老师讲的温度是两个事,机舱的温度表明机组通风设计的比较差,我说的环境温度是大气的环境,大气环境到90度,人全部死光了,大气环境是40度,机舱温度是90度,说明你风机设计有问题,这不是我的设计要求,没达到我的设计要求,所以这个问题,我说的这个温度指自然环境的温度。不是风机发电以后温度升高了,那是需要你解决的问题,我不允许你机舱温度这么高,如果是这么高的话,说明你机组设计的不好,这是我对第一个问题的回答。
第二个问题,从我们专家最终评审的结果来说,认为这样的设计是比较可行的,能够实现商业化。这是我的回答。这完全代表我个人的意见,因为我们已经做了多次的探讨,设计叶片耦合的厂家(音译),很早年前就跟我做了技术交流,直到最近,不断的向我报告,新的进展情况,我也在关注他们,但是到目前也没有认可,我不认为比我们现在的,采用常规的传动系统,有什么好处?他们可能有他们的优越性,但是我们从商业化角度来考虑。
主持人:我曾经到大阪风电场了,也是6、7月份,你不能老说机器的设计问题,中国的环境就是这样的。
叶杭冶:我们海上风电机组,不是放在沙漠,或者其他里面,是放在海上,海上的环境温度就是40度,所以没必要再做更不切实际的设想,海上的温度不会高于40度的,所以这个设计从认证机构,到我们科技部专家组都认定了,所以确认这样的数值了,我们的环境就是这样的。
主持人:下面请挪威Sway Turbine A/S公司,首席执行官Eystein Borgen先生做关于10MW海上风电机组技术演讲。
Eystein Borgen:我们公司是一个科技公司,也是一个制造商,所以说我们今天来到这里,想要寻求合作者,我也希望他们与我们进行合作,看能不能在中国推广我们的技术。那我今天讲的是科技方面的内容,当然也会谈一下我们每千瓦时的成本,也就是说当我们提高它的尺寸的时候,这个成本可能会降低,也可能会更贵。
我们公司成立于2000年,在挪威,我们发展的非常快。2005年我们开始发展风机,因为这两个技术非常不同,比如说就风机和浮动基础,所以我们在2010年对它们进行了分拆。AS主要负责sway浮动,风机AS主要负责风机,所以我今天主要谈风机的技术问题。我希望介绍一下我们公司的技术,也希望能够与大家合作,我们合作方式或者是颁发许可证或者是技术合作的方式。我们不是一个诸多公司的竞争者而是合作者,我们也不会给你们带来威胁。
我们在最开始发展的时候,主要是海上风能,那今天很多人已经谈论这个问题了。其实海上和陆上的风机样子是非常不一样的,其成本可能也会发生波动,在3-4%之间。当然基础,安装,电缆等等费用也非常重要,也有所不同,所以说我们看到大型的机型,然后我们会通过大规模生产降低其成本,问题就在于我们怎么提高风机的体积,比如说12MW的风机,而不会提高它的成本。当然今天早些时候我们也谈论了这方面的问题。
我们在开发中投入了2300万欧元,所以说投入非常的大,我们也获得了我们石油公司的资助,这是我们国家最大的石油公司。我们希望能够与中国的合作者进行进一步的商讨,看能不能有类似的合作。那么我们应该怎么来解决由于尺寸增加带来的问题呢?
你们可以从我们幻灯片中看到,这与我们平常所见的风机非常不同,中间有一个环,这个环呢,有几十米,25米。实际上当我们增加叶片尺寸的时候,我们就必须要找到其支撑的方法,现在我们在这方面许多公司没有很大的进步,我们采用的这个方法呢,就会增加它的扫列面积,大概是50%。风机的半径是50米,所以说质量就非常的大。
实际上我们的风叶呢就安装在圆环外面,但是如果我们把它往外移一部分的话就可以增加50%的扫列面积,所以说中间这部分必须要充分的利用起来。那风机主要占了质量得大部分,我们必须要着重解决这个问题。
然后这张图呢,是侧面图,我们称之为支撑机构,通过我使用的圆环,可以把各个部分连接起来,从这个部分可以看看,具体包括的内容,大家可以看看我,我整个就像风机一样,站在这里,如果风吹过来我可能左右摇摆,所以需要有很强壮的基础,如果风从我左边吹过来的话。实际上我们现在的结构非常的高效,当遇到风流的时候,我们必须要另当别论了。你看看这张图,我们必须要把所有的这些结构用圆环统一起来,必须有一个支撑结构,来支撑我们整个轮辐,25米的直径在当前的技术来说是不太可行的。
由于我们某一个数据LG是非常难以测定的,我们必须要确保之间连接的非常好,确保这个定子中间的这个铁与整体连接起来。所以说这些力会把整个部分的原件都集合在一起。在这个半径范围内是可以奏效的,如果我们把铁去除的话效率就会降低,因为这样的话,空间就会非常大。但是问题在于,直径这么大,可能就会降低其效率。但是我们的效率是跟平常的发电机是一样的,而且更加便宜,主要是因为我们采取了无铁的系统方式。
我们这个系统的耦合系统也非常不同。实际上这是一个真的空隙发电机,大家可以在图上看一下,实际上我们有两个不同的风轮,系统在运行,当风经过的时候,我们不需要连接方式。我们可以随时置换,因为我们的发电机等于是模块化的设计,所以发电机可以随时进行拆除,一个部分一个部分的上,所以它是非常安全的。因为之前我们有考虑到,在海上维修维护的难度,我们整体的发电机是一个模块式的设计,在这点上是非常安全的。
还有一个很重要的,因为我们有一个非常大的一个转子,转子和发电机是连接在一起的,因为我们的叶片会不断的转动,所以转子和叶片,还有我们的发电机的转子的连接方面,而且连接的部分必须保证整体的转动和晃动在不同的方向进行而且是稳定的,这张图上可以看出,我们的设计是非常灵活的,它可以保证我们所有的部件都可以按照它的方式转动,运动,同时又是连接到一起的。
发电机的边环,实际上为了承重,但是同时又是,我们的变桨系统的圈。实际上我们把发电机边上的圆环和变桨系统的圆环加到一个环上。下一个问题就是说,我们空气空隙的控制。因为我们的转子非常的大,因为它的灵活性是非常大的,同时我们又要能控制它,实际上我们用好几年的时间研发一个软件,把所有的不同的动力,都进行了模式的处理。我们把每一个原件,每一个支撑的系统,还有就是说,我们发电机边上的边环,实际上在风的作用力下来,我们都有这样的运动方式的模型。在整个发电机组上面的,每一个重要的控制点上,我们都知道中间的空气空隙,可能对这点上可能产生的最糟糕的作用,我们都有进行一个监控和计算,而且我们还设计出来一个50%的余量,就是能够让它不会碰撞。
因为我们在定字中间是无铁设计,无铁设计就是说不会生锈。因为它这个发电机里头,有这种永磁,所以转动的时候就会卡卡卡,因为我们这里面没有铁,所以就不会有卡卡卡,所以这方面就不会对它造成太大的压力。我们也考虑到了短路,还有温度,一个方面阳光照射非常强烈,可能会增加空气空隙上面的问题。那么这些都是非常细节上面的设计。因为我们设计的概念是05年就已经有了,所以我们用了8年时间经营总体的,还有包括细节上的设计,而且我们跟专业的制造公司进行了这样的一些接触,这也是为什么今天我到这儿来,把我们的技术介绍出来,然后也是希望能够跟我们当地的一些合作伙伴进行合作。
如果你看这个数据,发电机的重量比一般的正常的发电机要轻50%,它的电磁部分实际上是一样的,但是因为我们的发电机组的结构重量是正常发电机组的50%,所以一般只有157吨相同的发电机组重量可能超过了300吨。叶片的重量,3个叶片,差不多是71吨,那么正常的叶片3个是130吨,所以一起的话,整个系统重量上降低了60%。
我们用的单一的轴承52吨,这个地方实际上用的两个轴承,每一个轴承只有4吨,因为每公斤的重量比它的主轴的重量贵很多,因为主轴用的料就便宜,但是轴承用的料是非常贵,所以两个轴承总共有8吨重,主要的轴承,一方面是我们叶片的轴承,一个是主轴的轴承,这两个连在一起了。我们这个有很多的优势,另外一方面我们重力降低了很多。
作为10MW的风机只有570吨,我们现在的转子是134吨,但是我们还有最新的一些控制系统,还有我们的叶片系统。实际上最新的设计,都是基于同样的设计概念,我们现在的叶片长度是135-185米这样的设计考虑。
发电机的重量能够节省20%,我的演讲材料会议之后会发给大家,因为时间比较有限,我们就过一下。我们维护上面是很重要的,特别是出于投资的考虑,我们所有的设备都是专有的设备,而且都是模块化的可以进行置换,置换的设备我们都设计出来了。主的轴承,还有叶片,这肯定需要海上的吊车,其他的主要部件我们可以用自己相关的设计,就可以来进行置换了。两分钟可以看一下我们风机的设计,它这些部件是怎么运作的,是怎么转动的。那么Sway这个公司是从大公司独立出来的,我们最大的设计是10MW,实际上叶片比正常的叶片长10米,这样能扫到更多的风。你可以看到,中间就像自行车的轮子,中间自行车的轮子,实际上是固定在我们主轴上面的,这个是我们的一个机舱,变桨系统和电动传动系统都是比较传统的设计,它还有一个直升机的升降平台,操作人员可以直接坐直升机到现场。
基础设施适用于所有的普通的基础设施,比如说重力装,有单装,单装活动的太大了。所有的部件都是可以被置换的,额除了很大的部件可能需要相关的专用的吊车,这个是磁块,可以一块一块的取出来,这个是27个,这个可以分块来置换的。我们把它直接放到转子上,这个中间实际上有一个平台能够伸出来,直接把这个磁块放在相关的设备上面拿走,同时就把新的磁块放在上面。这种置换的方式,因为现在的发电机组,整个机组都要卸下来,拿到陆地上才能操作。因为我们整个的都是模块设计,而且我们的转子,实际上也是自己的转子的支撑系统,所以这两个就结合起来了。这种设计的理念,实际上对我们整个行业来说是一个非常大的进步。我们的商业的理念,就是说我们是一个技术公司,我们是要依赖于在座的各位来进行合作,然后进一步把这样的理念推广到市场。
主持人:下一位是台湾风力发电产业协会金属工业研究发展中心秘书长黄聪文。
黄聪文:我会从四个方面跟大家做报告。我们台湾是一个岛,到去年年底我们97.8%的能源是靠进口的,这里面风电占的比值很大。这是我们目前可再生能源的状况和未来的目标。其实我们在2030年希望把可再生能源比例调高。我们现在只有0.43,未来15年我们挑战非常大。这么多可再生能源里面就是风电可能性最大。2015年我们希望把陆地做到2.052MW,海域是866MW。
大家也看过这个资料,英国做过一个研究,台湾风能资源在全球1248个离岸厂址中名列前茅的。关于台风来了怎么办?因为7、8月份台风很强,一年将近20个台风。从南边上来的时候,就很恐怖了,如果真的出现倒掉的话怎么办?那是很大的灾难。目前我们台湾的风机的安装,用的都是国外的风机,这是陆地的情况,国营企业海电占的很大,另外德商装了很多的风力机。这几种风机在台湾都出现过问题。欧洲做的风机,在亚太有点水土不服,因为我们是高温,湿度低的现象。这是我们目前在陆地方面做的风机,包括2000年的时候,我们有660MW的。我们还有小型风力机给大家看一下。
我谈一下目前风能发电产业的现状,我们去年成立台湾风电发电产业协会,目前有59家团体会员。台湾在2015要把示范风场做起来,我们希望借助这个机会推动这个产业,我们希望和大陆合作发展离岸发电的产业。我本身在技术中心是法人研究单位,我们是一个统筹单位。我们和台湾的港口,船只施工技术是很大的挑战,如果没有这个的话,根本没有办法装机。风场开发,动则几百亿的资金,一般小企业是不可能承担的,所以我们有一个联盟,针对产业和金融保险这部分。
这是我们台湾业者,锻件部分,发电机,其他次零件,铸件,齿轮箱,变频器,塔架,水下基础部分,还有船的部分,我们未来离岸厂址一定会有船只,我们有规划做一艘离岸船,还需要施工技术的引进,我们工程顾问的部分,金融保险,也是我们台湾目前的雏形,还有很长的路要走。还有很重要的,是我们港口在哪边?据我了解,大陆都在研究当中,因为我们台湾这边,台中,就在台湾的中间,我们往南,往北,往大陆这边是很适合的地方。为什么挑这个地方?因为每平方米是10吨的承载力,这个码头我们做过改进,而且是自由贸易区,后面有一个园区,离岸电场一定是靠海边的地方。我们离岸风电场在这边是比较合适的。我们成立风电筹备处,未来成立公司,我们明年会启动,会建测试场地,海上装的时候会在这边测试,然后运到外海去。
我们谈到离岸风厂示范计划。这张图是我们台湾的状况,5-20米的地方是1.2吉瓦装机量,20-50米是6.2吉瓦,再深的话,就是我们这个地方,实际上这边有一个黑水沟,这边有很多未知的风险。我们在2030年把3吉瓦的量做起来是我们的目标。这是我们的目标,2030年有600离岸风机,建起3000兆瓦的目标。这是我们目前风机的问题。
这是我们目前我们示范计划里面规定的问题。实际上台湾在离岸风厂面临几个问题,就是环评的问题,环评的问题很麻烦,有海豚,渔民的抗争,这个问题不解决的话,我们可能会遇到阻碍。未来大陆做离岸风厂也会面临同样的问题。
台湾是一个蛮好的工业环境,未来和大家合作的地方,我们也是非常的强,我们的品质方面应该不会太差了,我想未来跟大陆和欧洲各国都有合作的空间,我们政府也支持离岸风厂的政策,希望我们有一个商业合作吸引力的群聚。
主持人:下一位请金风公司李荣富先生做大型海上浮动式风机基础设计方法研究。
李荣富:很高兴利用这个机会跟大家分享一下我们公司在海上浮动式基础设计方面的经验。我的报告分4方面的内容,第一就是浮动式风机的基础背景,第二浮动式基础设计的相应方法流程以及依据的规范,第三浮动式基础在设计过程当中涉及的一些关键技术,第四根据目前的设计方法,我们进行的实际设计。
首先看一下背景,海上浮动式风机,我总结了一下有四大优势,风电的发展是从陆上慢慢向海上过渡的过程,海上这块又可以细分成两个大的方面,第一个就是潜水式的这种,在国际标准是60米水深范围内,还有一个远海深水区域,超过60米水深范围的,在深远海的区域,风资源非常的丰富,根据目前的研究结果,陆上的风能储备是小于海上的,海上大概有百分之六七十集中在深海。当然可能深海这块,因为有一些离岸距离比较远,但是目前探明的,根据一些测试数据,深海风能资源是非常丰富的。
第二个在目前的话,人类越来越注重环境保护,离岸距离远,可以减少视觉冲击,以及风机运行的噪音对人类活动的影响,总体来说是就是环境的影响会降到比较小的程度。
第三个整个浮动式风机跟传统的固定式海上风机不一样,它是建立在浮动式可移动的基础上,那么它的机动性能比较好,这样在大部件需要更换的时候,可以回港,进行更换。如果风厂在预报的台风路径经过的区域,我们可以跟稀薄系统解脱脱回港口避风。
第四个相比较传统的装基础和固定式的基础安装成本是比较低,在海上风电分3个区域,0-30米是浅水,30-60米是过渡区域,超过60米水深范围内,传统的固定性机组成本上升非常快,浮动式成本优势就体现出来了。
根据目前从功能实现角度来说,目前我们在陆上风电和海上风电积累的经验,以及海洋工程积累的经验,实现浮动式海上风电技术上是没有问题的。市场潜力是比较大的。这个是意大利EC2009年做的调查,储量是非常丰富的,主要在美国东海岸,西海岸和日本海域,和英国的海域,以及北海海域,波罗的海,地中海,都有比较大的深海风能资源的储备。左边这个表是中山大学做的一个统计,从这个里面可以看出,传统上认为,我国海域大陆架是比较缓的,深水区也是比较小的,但是根据这个数据,我们可以看到,在中国的南海区域,福建储量还是非常可观的。
从这个表上大家可以看出,左上图是欧洲的海上风能的分布情况,右上图是美国情况。大家可以看到在东海岸,以及西海岸储量是非常丰富的近几年美国在浮动式风电方面发展政府扶持力度是非常大的。鉴衡参加了OC4,IEA主持的一系列项目,其中就包括浮动式的机组的研究,他们希望在2017实现度电成本达到商业利用价值。下面这两个是亚太地区和海南岛周围深海风能的情况。
下面再来看一下浮动式风机与传统的我们说的海上油气平台的区别。第一结构总重量不同,相比较于采油平台,浮动式风机,结构总重量比较小,在相应的载荷情况下,顶部加速度是比较大的,这是一个比较大的设计挑战。因为在水下的部分比较小,所以受流动影响比较小,我们为了获得比较好的风资源,往往导致比较高的高度,导致系统高度比较高,这样就带来一个问题,特别是风机在正常额定运行发电的时候,水力推力比较大,这样就产生一个比较大的力矩。还有一个最大的问题,跟传统的海上平台的设计不一样,在海上平台设计过程中,更多的利用频域的设计方法,可以进行现行分析,浪和流的耦合,并不是那么的明显。但是在浮动式风机这样一个以捕捉风能,转换成电能的装置,这样的话,它的风机整个集成和稀薄,线性耦合是非常明显的,在设计过程中是不能回避的问题。
浮动式风机目前的现状,根据咨询结构的统计,目前全球有29个浮动式风机项目,主要是欧洲16个,美国4个,日本9个,有两个实尺度浮动式风机样机。在2011年的年底,在葡萄牙那边用了windfloat的技术,基于海上平台的浮动式基础,主要有三方面,spar,tlp,semi,spar是主要的,tlp是小尺度的。这个是目前典型的浮动式风级项目的详细情况,包括里面采用的基础的设计方案,风机制造商和项目的状态。
通过这些可以给我们传递一个信息,海上风电的时代来了,浮动式海上风电正在酝酿,并且在未来几年,很可能在2015年,到2020年期间会出现小批量的浮动式的项目。
下面来看一下浮动式基础设计方面的设计方法,设计流程。根据我们传统的经验,我们可以把固定式海上风机跟海上的浮动式平台1加1,但是1加1带来的问题,有很多需要细化解决的问题,不是简单的叠加。我们需要把浮动式风机分成三个部分,一个是机头,浮动基础,系泊系统,浮动风机,在整个设计过程当中,可以借助目前的规范进行,在风机这块有成熟的设计规范。根据我们常用的IEA的规范,他们陆续增加了针对海上浮动式的海上计算工况。在机组和系泊可以沿用之前海上平台的设计经用,ABS和DNV针对浮动式风机进行了研究,对浮动式风机进行了细化。
右面是一系列的在设计过程当中需要考虑的问题,包括设计工况,怎么对风浪流的设计,包括控制系统,安全系数,优化等等。针对浮动式风机的设计力量跟采油平台是不一样的,采油平台把人员的安全和对环境的影响是放在第一位的,因为海埂平台往往是海油装置,上面会有一些人员常驻,另外出现破损的话,对环境污染是非常严重的,对成本会有一些要求,但是不会像我们开发风机这样,对成本要求这么高,在安全系数方面会有不同。我们浮动式风机在试运行和调试过程需要有人执手,其他运行过程当中不需要人执手。这样对我们浮动式风机的设计优化过程当中成本提供了一些可能性。
这是目前针对浮动式基础的设计标准和规范,目前有的是GL在2012年年底的时候,出的一个目前海上风机设计规范的版本当中增加了浮动式风机的载荷计算工况的要求,ABS和DNV两家公司,在今年年初和年中的时候,分别出了针对浮动式基础和相应系泊过程中的规范,为浮动式风机后续项目的开展,提供了一些设计的标准,以及认证参考的规范。目前我们最权威的IEC61400-3-2是一个最规范的成本,也许明年年初的时候会出一个初稿。浮动式机组设计流程,基于目前通用的循环设计方法,首先会根据风机载荷的工况,给这个机组做一个输入,完成初步设计,然后再进行整机运行的分析软件进行载荷计算,通过反复迭代之后进行分析。分了三个工况,极限工况,疲劳工况,意外工况。
这是比较重要的,也是区别于传统的海上石油平台的一个设计标准。首先我们在浮动式平台上,要保证风机设备正常运行,需要满足机舱和发电机的振动加速度的要求,另外对入流角,和机械部件结构强度的要求,对整机模态要求。通过这个图,我们可以看到跟陆上风机相比的区别。根据浮动式机组的形式不同,比如说像GLP这种,防止一些问题的出现。
总体性能这边,主要是稳性,以及运用幅度和加速度的要求,这个可以沿用目前海上平台的设计要求。基础结构这块,其实在总体结构强度这块,跟传统的设计没有太大的差别,但是在结构疲劳强度这块,需要通过整机耦合的方法得到考虑风载引起的疲劳。
后面这个是系泊系统,目前ABS在指定规范的时候有一些考虑,就是系泊系统设计的到底是有冗余,还是优化,尽量的减少成本呢?如果在风厂当中,系泊系统设计没有冗余,过一段时间可能会产生漂移,这样影响其他风机的运营,这样的话设计系泊系统的时候要有冗余,但是也有其他的考虑,这是根据目前的运行情况发现问题,对规范进行逐步修正的过程。
对整机设计分析,这个地方提的是一个集成设计,所谓的集成设计就是说把整个的风机以及基础和系泊系统全部考虑在内,而不是说通过陆上风机载荷,和其他载荷作为基础的设计出入,在设计中考虑非常大的安全问题,这样的话设计的基础非常的被动,对降低成本非常的不利,这是集成设计的方面,在设计过程当中,充分考虑到气动,水力,控制,结构耦合,要考虑波浪,以及气动力学的因素,在这里面重点是控制系统。如果风机特有的现象是一个负阻尼的问题。
其实目前为止并没有一个大家公认的,实际的风机的动力学的计算工具。在这方面和美国可再生能源做了很多的工作,目前流行的软件主要是集中在金属和系泊系统建模方法上。通过模型实验的方法去验证你的设计,以及校核你的载荷计算工具。
根据目前我们所掌握的方法对MW机型进行了设计,包括基础系泊系统和一些结构的设计。这个是设计的情况,这里面采用方形的半潜式浮动基础,系泊系统是有冗余的。通过规范校核,稳性,系泊系统满足完整性的要求和破损情况的要求。
主持人:下面一个是北京三力能源科技有限公司总经理,崔新维先生。
崔新维:我讲三个方面的问题,第一个方面呢,我们看看问题的背景。第一个背景就是从国内和国外风力发电产业演变的现状来看,风电开发商已经成为风电行业当中的一个重心的位置了。这个话怎么解释呢?在国外通过30年,国内通过10多年的发展,演变的过程大致是这样的。在早期的时候,零部件供应商是重心,因为只有有相应的零部件之后才能做整机,做了整机开发商才能去使。然后到了第二个阶段风电机组整机制造商成为行业的重心,包括前端的零部件商,还有下游的开发商,都围绕整机来开展工作。但是到了现阶段,这个特征在中国尤其的明显,那就是说风电场的开发商是咱们风电行业的一个重心,或者是一个起引领作用的这么一个角色。
从国外大概是这样的历程,在国内来看,时间历程稍微短暂一点,而且应该说是早于国外进入到第三个阶段。那么这个里头的话,什么叫重心,或者什么叫引领作用,包括风电政策的导向和难点问题的出现和研究,或者说产业规模,还有就是做成本核算,诸如此类的比较重要的问题呢,在我们的重心点上比较突出。
第二风电成本越来越重要,尤其是对于海上风电,我前面的三位都提到了海上风电。因为我这里还没有进入海上风电的领域,我就谈谈陆上风电。在这三个层面,或者三个环节当中,在早期的时候,风电产业发展早期的时候,对于成本,风电开发商是严格控制成本,整机制造商是努力的降低机组成本,零部件供应商极力寻求规模效益,因为每个环节都要赚钱,所以每个环节都有自己赚钱的规律或者约定。
但是进入成熟期,应该说现在逐步逐步进入成熟期,进入到成熟期之后,各个环节的诉求也有一些变化。作为开发商来说,他要做投资回报的核算,他不是说一味的成本控制越低越好,或者造价越低越好,他主要看回报,作为整机企业来看,更多的不是说一味降低机组的造价,而是提升机组的价值,围绕这个主题,我下面还有一个详细的展开。作为零部件供应上,更多的考虑零部件的品质和更多的问题。刚才我看到桌子上摆的关于这次大会的主题就是质量问题,可想而知大家对这个问题还是有共识的。只有这个问题很好的解决了之后,我认为我们的风电产业,包括开发商,包括整机商,包括零部件供应商,才有可能去谈咱们怎么下海的问题。如果我们连陆地上的问题都不能很好的解决,我们去下海必定被淹死。
第三机组对风电成本的影响。过去从一般的设计角度来说,一个机组产品,或者一个机电产品的成本,70%在设计阶段就已经决定了,但是在风电行业当中,是存在这样一个更明显的特征,更大的程度上,风电机组的成本和制造和运行有很大的关系。
所以我们说主要有4个方面,一个是资金成本,因为建风电场,更多的要做资本运作,还有建设费用,还有机组造价,还有运维成本。这四个数据是大致的,不是很严格,因为样本并不是很充分,所以只是大概的估算,大致上是这样的比例关系。其中的话占到55%以上的前两项和机组本身关系都不是特别大,因为主要是建设和资金运作方面的。所以我后面的问题是围绕后面两项和机组关系比较密切的,占整个风电成本45%,将近50%这部分来谈。
我们可以从机组这方面着手来开展工作的。我们说风电机组面临的技术经济问题,主要有三个方面,一个就是提高发电能力,一个是降低机组造价,还有一个就是提高可靠性。那么在可靠性这块,又有两个方面,一个是减少停机时间,还有一个降低运维成本。提高可靠性和降低机组造价这块,我们把它归作为和成本有关的。
这里头我就套用一个价值分析当中的公式,V等于F除C,这个公式很简单,可能很多工程师都知道。V是产品的价值,F是产品的功能,C是实现功能的成本,他们之间的取值也比较明显。对于风力发电来说,发电能力就是我们所说的风电当中的功能。你这个东西再好发电的功能实现起来有问题,或者打很大的折扣,那么这个东西的价值就不是那么很大了。但是总体来说是要提高它的价值,那么提高它的价值呢,可以在提高功能和降低成本这两方面着手。
那么具体来说的话,可以做这样的概括吧,在降低机组造价,减少停机时间和减少备件消耗的时间提高发电量。我们用公式的三个因素把它做成一个表格,大概应该有这么一些可以采取的策略。把发电量和成本作为两个座标来看,发电量分4个等级,一个是大幅度提高,一个是小幅度提高,一个保持不变,还有小幅度降低,那么成本类似,也有4个层级。我们这里面1234是可以采取的策略的4个等级,也就是说最好是第一个等级的情况出现了,发电量大幅度提高,而成本大幅度降低,这是最好的情况。但是这种情况比较理想,大家知道追求理想一个是不容易的,另外一个付出的代价是比较大的。所以更多的情况是2、3,或者是4。我把它定量化一些,大幅度就是提高6%及其以上,那么通常到10%就比较可观了,再10%以上也不太容易,小幅度界定在2-5保持不变就在0上下有点浮动,大概是这样的界定。
我们来看影响发电量的因素,归纳起来有4个方面,一个是叶轮直径,一个是能量转换效率,传动效率,和故障率,这里面叶轮直径和故障率影响比较大。我们先来看直径,直径影响扫列面积,我们知道风电的功率是和扫列面积成正比,也就是说和直径平方成正比,所以在很多情况可以采取提高叶轮直径的方式来做。
我把110米的直径做了一种基准直径,在这个基础上,每增加2米,一直增加到128,我们来看一看,就是直径的增加,扫列面积的增加,面积增量的增加,以及发电量增量的情况,大概是这样的结果。这样的结果,按照刚才说的大幅度,小幅度,或者基本不变的情况,只有第一种情况下基本上不变,第二到第四是小幅度增加,第五种是大幅度增加,应该追求大幅度增加。所以加大叶轮直径可以看得出来,可以有效的提高发电量。
第二能量转换效率,因为风力发电机组是二次能源转换装置,先把风能转换成机械能,然后再把机械能转换成电能,这里面有两大部件起核心作用。我们通过已有风力发电机组的数据可以知道,叶轮转换的效率是用CP值度量的,发电机的效率假设用埃塔(音译)度量,还可能碰到CP值和埃塔值,更多的情况大概在中间带颜色的三个范围之间,两端是不太常见,或者达不到。太低了,价值很低,太高了,追求不到。综合起来是在0.423-0.495之间。最小的到最大的相对增量是17%。
一味的增大CP值受到载荷的制约,因为我们知道CP值越大,可能由于叶轮工作起来,载荷越来越大,机体影响也越大。发电机的材料和用量,这是造价的制约。你希望发电机效率比较高,你用的材料,尤其是贵重材料也比较多一些,用的材料品质也比较好一些,所以这个是有制约的,不是一味的越大越好。
传统效率分有齿轮箱和没齿轮箱两组,这个相差有3%左右潜力也不是特别大。第四个是故障来源,我用2012年发布的年度报告,上面有各个部件故障率的统计,统计的结果,我把它归纳到下面的表格当中,可以看得出来,变桨系统,变流器的故障率占到整个其他所有部件故障率的34%,停机时间占到了41%,这是比较大的。第二层面就是偏航系统,发电机,开关柜。第三层面是传感器,通讯,控制器。我们可以看到,123这三个方面,都是我们通常在风电机组整机当中所说的电控系统。因此就可以见得电控系统目前在风力发电机组的,包括故障率,包括停机时间当中所占的比例接近了80%也就是说绝大部分。另外456还有其他的统计,占的比例相对来说比较少了。这里面给我们一个启示,先不说更换部件,就说停机时间来说,它对发电量的影响是可想而知的。
影响成本的因素,一个是机组造价,一个是故障率。故障率影响发电量停机了,另外一方面,要做恢复需要消费人力,要更换备件需要消耗备件。关于造价我们可以发现,同容量同型号的各种机组,包括各种技术路线的机组,造价实际上是相差无几的,这是现在陆地上广泛采用的机组。所谓相差无几,我估计大概是5%以内,没有什么太大的区别。也就是说谁说谁的机组特别便宜,或者特别贵的话,不会有特别大的区别,主要的差距来自于,主要是造价,来自于机组的生产批量,这就是我们经常看到的,那些只有几台机组,或者说一两个风电场运行业绩的整机厂家,他们日子很难,因为他们业绩太少,还有零部件的质量要求。我们作为整机企业,对零部件要求越高,他花的代价越高,他的成本越高。如果我们要求他有一个很低的价格的话,那么他就会降低质量,还有零部件的国产化程度,因为同样的东西是有区别的,还有一些奇特的技术,还有贵重的稀有材料的使用情况,是这样的东西,决定一个机组的造价。
还有就是关于备件的消耗,高的故障率,带来过度的备件消耗。有一个基本的数据就是,国内目前的平均水平,100个风电场的备件消耗约至少为25000万元这是非常巨大的。因此迫使开发商延长质保期,因为没有办法承受这种消耗,同时也使得制造商的利润降低,因为他有大部分的钱都去做质保了。
现在从提高可靠性的角度来说,我们来分析一下,根据前面的分析,故障率在提高发电量和降低成本,都有影响,那么故障率和可靠性是相对的,所以我们把可靠性的问题提出来,它是一个关键的因素,一方面提高发电量,降低成本,进而提高风电机组的价值,对于海上机组来说,作为首要要求提出来的,因为它是非常有必要的。大家我们说,现在介于咱们国内陆地机组的状况,该把可靠性这样的指标或者这样一个约束,作为陆地风电机组的第一要求提出来的时候了,否则的话,我们可能会给后面再开发的陆地机组,以及未来要开发的海上机组,带来一些不利影响。
我做过一个比较,我们要把122和133两个叶轮直径做了比较之后,发电量的增长情况和提高可靠性和提高发电机的效率,对发电收益的增量做了一个比较,合计对一个单台机组来说,我指的是用一个多兆瓦的机组做的比较,大约是47.5万,一年额外的收益,对于风电场来说,每年多出来的收益是760多万元,20年当中就是1.52亿。1.52亿就是一个5万千瓦风电场总造价的三分之一,甚至不到,就是说它的效益是非常可观的。
我们在做设计的时候,为什么不选择把叶轮直径选的大一点呢?谁规定的2MW的叶轮直径是100米,而不是120米。叶轮直径取到最大的时候,它的发电量是最好的,同时带来整机的制造成本也不是那么高,综合起来是最优的,这是目前应该采取的一种策略,而不是说一味的有什么样的叶片,我就用这个叶片做发电机组。以至于很多整机,等到发现有更大的叶轮直径和叶片长度的时候,整机承受不住这样的叶片,因此没有办法享受发电量的实惠,这个给咱们行业做叶片提出非常艰巨的业务。做叶片的任重道远,同时和整机密切合作,提高综合性。叶轮直径可以做大,实际上我们可以反思一下,现在一种容量,同样的容量的机器,可能比几年前的叶轮直径大得多。
其他还有一些可行的措施,我就不多讲了。包括全面分析叶片和整机的发电量与成本关系。这个关系作为我们来说,也得出来一些结论,但是这个地方就不便多说了。为特定风电场做定制设计,这个时候开发商觉得是划算的,他们宁愿在整机上面多投入成本,采购价可以高一些,他最后算他的帐划算就行了。还有就是采取最具技术经济性的技术方案,这个技术方案可能是多种多样的,包括在整机方面,包括在零部件方面。
主持人:下一位南车主轴电力机车研究所有限公司风电事业部周意普先生。
周意普:我为大家汇报的题目是风级制造工艺管理,整个汇报五方面内容,重点汇报三方面,第一工艺准备,第二工艺过程管控,第三工艺持续提升方面。相信在座的各位大多是技术人员,大家都非常清楚,咱们技术领先,对于我们整个风机的重要意义。但是现在大家都知道,整个风电行业的竞争越来越激烈了,那么现在我们风机企业取得哪些优势的话,不仅需要技术领先,还需要工艺领先。因为风机质量保证和及时交付率和制造成本降低,很大程度取决于工艺管理水平,我介绍一下我们南车风电工艺管理方面的经验。
第一部分是工艺准备。工艺准备是联系我们设计和制造的重要环节,假如工艺准备的各项工作得到很好的安排的话,那么我们整个风机的制造周期包括我们成本都会有比较大的降低。那么这就要求我们整个在设计的过程中就必须考虑产品的工艺性和作业的便利性,安全性等等。比如说整个设计工艺的话,好像是一个人的相貌,等到图纸定性之后工艺方案,就像一个人整容一下,只有我们先天技术打好了,那么我们后续的工艺管理的工作才能很顺畅的展开。
第二部分我们是软件模拟,像现在的话,我们风机制造通过样机实施的过程确定方案是不是合适。但是当前的状况,我们整个的制造周期是有限的,我们会要求在生产制造过程之前就会有计算机软件模拟,这样的话,可以避免返工,保证我们生产效率,缩短工艺周期。这是我们采用的模拟软件,对整个装配过程进行模拟,我们就知道装备方案和吊具是不是合理。我们可以经过软件的模拟结果可以确定我们装配逐步的方案。
这个图是我们通过计算机布线软件,对布线进行模拟,确定路径和线的长度,我们可以直径很直观的看出来,在没有生产之前,我们就知道布线是什么状况,如果我们觉得不满意的话,我们可以对整个的布线进行调整,避免返工的情况。
为了确保我们风机制造的可靠性,我们对制造之前,对工艺量程,人员资质要求,进行技术交底,工艺要点应该是生产管理人员,一线员工,过程质量人员,这个范围更大一些。要求我们整个工艺人员对整个的技术要求是非常非常清楚的。然后的话,也要了解一下我们交底对象的接收能力。通过技术交底,使我们整个的所有的员工,包括制造和职工人员都能清楚我们工艺的要求,确保我们产品的质量。
最好有一个记录的模式进行交底,交底方和被交底方都非常重视这个事情,确保我们交底的效果。当然还有其他方面的交代,特别是对于分级来说安全是非常重要的,因为分级部件形状不规则,我们必须对我们风机装配有针对性的识别危险源,这个也不是泛泛而谈,我们应该针对风机的特点,或者这台风机和那台风机的不同点,制定预防措施,我们要有现场安全人员进行现场的监督,确保我们安全落到实处。
第三部分是过程控制,对于工艺过程来讲,整个管理还是比较复杂的,因为它的工序是非常多的,首先我们应用工艺流程网络图,对整个风机的工艺进行管理,因为工艺网络流程图的话,可以反映整个风机装配并联,串联的关系,对整个风机制造过程非常的清楚,明晰的体现。
第二点是工艺支持,工艺支持的核心就是主动收集问题,利用我们专业的工艺知识,对这些问题进行快速的响应,并且分析问题产生的原因,制定对策,并且解决。重要的一点要持续跟踪,一般都会有表单,对现场发现的问题进行跟踪处理,最终都会有一个人确认,对这些问题是不是完全解决了,进行确认。
第三点是工艺验证,工艺验证的话,包括工艺方法验证和工装验证,通过我们验证过程确保工艺装配方法和工装是和工装装配的。对于如果不符合整个装配的工艺方法和工装我们进行改进,最终使能符合我们要求,确保整个产品的质量。第四点是便等控制,这是我们风机生产过程中的一个难点,这样的话,因为变更的话,或多或少会影响到整个的进度,或者是质量,我们我最希望在整个的生产过程中,有批量化的过程中就不要变更,如果有变更的话,进行详细的跟踪,从变更开始到生产结束都有详细的记录,确保所有的问题都到位。
第五点是档案管理,对工艺管理相关的所有档案进行管理,避免遗漏和发生质量问题,我们采用点检的模式,确保风机工艺档案管理的完备性。
第四个方面是持续提升,我们为了做好整个工艺管理工作,必须做四个方面的工作,第一个是人才培养,这是所有企业关心的问题,但是并不是所有企业做的都是很到位。我们作为工艺管理这块来讲,通过建立岗位体系,编制工作人员的工作手册,提高工作人员的素养,我们最终的目标做到工艺技术人员的持证上岗。因为我们目前来讲对生产人员进行持证上岗。
第二点是项目化工艺管理,项目化工艺管理就是将项目管理的工具和方法应用到我们工艺管理中来,将一些日常化的工艺管理工作作为项目化来管理,这样的话避免整个的工艺管理接口衔接方面出现遗漏或者问题。针对与各个风级场不同的项目来说,我们通过项目化工艺管理,着重对变更点和异常点进行管理,因为风电行业也是每个风场项目不同,我们用项目化工艺管理方式进行工艺管理是非常合适的。
第三点是信息化工艺管理工作,我前面的PPT有很多是表单,用信息化工艺管理可以使工作简化。
第四点是精益化管理,降低我们整个风机制造的成本,缩短交期,确保我们的质量。工艺管理涉及到产品的方方面面,对产品质量安全生产,降本增效都起着重要的作用,强化发挥工艺管理的作用,促进工艺水平的提升。
主持人:因为时间关系,不提问了。下一位是德国SETEC风电公司Fritz Fahrner先生,关于为降低载荷及减少结构损害而改进的风电机组技术。
Fritz Fahrner:优化风机的结构,以便降低载荷和对风级损害的方式。因为这两个方面会造成风机很大的损害,如果这两方面做的很好的话,就可以确保风机运行的稳定。一个机型是否成功,它的投资是否能够产生应有的投资回报呢?实际上很大程度上依赖于这些方面的。几个大的方面有制动系统,还有制动系统的控制系统,特别是风非常大的时候,变桨系统是很重要的,而且直驱式的风机如何确保电路也是制电系统最大的成本节约(音译)这是我们一开始我们设计一个新型的制动系统,对于安全给予了非常大的安全性的考虑。实际上它帮助我们的转子能够确定一个更好的角度,以便保护风机,不会因为最高风能的时候,造成这样的一个损坏。而且主轴和扭矩都会跟制动系统是什么样的角度,是最有效的?这种制动系统能够马上的停止我们的主轴,而且把叶片放置在一个正确的方向,这个要求我们在电控系统和系统的灵敏性具有很高的灵活性。
那么这样的一个特别附加的安全的设置,实际上对我们整体风机的成本,增加是非常微小的。在第二个方面,如何做呢?实际我们在实际应用当中可能发生的各种情况。那么在A的情况下,这个风能最大的是,那么有一个叶片,转动的角度,可能会使整个风机暴露在风险之中。那么我们的转子实际上在两种程度上进行的一个计算,这个转子的制动系统可能有两种情况,一个是正常的情况,一个是极端的情况。我们这种极端情况,实际上就要求我们的制动系统考虑到进一步安全的情况。实际上就是两个叶片,实际上我们的变桨系统控制一个叶片,而剩下两个叶片,因为已经转动到一定的角度上,可能我们变桨系统已经没有办法进行控制了。实际上这两个叶片已经不能运行了,正常的制动系统不能正常的对这两个叶片进行控制,而我们附加的效益的制动系统,能对两个叶片进行控制。
第二种情况就是说它的载荷实际上已经超过了设计的载荷,在我们的最新设计中间,我们可以根据你载荷的不同的程度进行不同的设计。第三种情况,所有的叶片都不能运作了,可能各种情况引发的。可能是软件问题,或者是本身机器已经被损害了。或者是扭矩上面产生了一个问题。所以根据这种情况,我们又设计了一个新的设计,就是说最紧急的状况下,我们会制动它的转子,这样就确保了我们风机还是安全的。
在最底下,我们可以看到,就是说,一个比较。目前我们的制动系统和我们增加了安全系数的制动系统所能产生的一些效益和价值。在最紧急的情况下,三个叶片都不能运作的话,我们还有一个安全模式,实际上我们制动它的转子,停止转动。下一个部分,我们控制系统对风机的影响。控制系统实际上是一个软技术,它不同于我们材料什么的。这里面包括比如说制动系统,我们有普通的控制系统,可能普通的控制系统对于不同的风速,实际上对的控制系统都是相统一的,实际上风速不一样的时候,对风机的影响也都是不一样的。如果我们的控制系统使用得当的话,对风机的使用寿命可以延长很多。
这个是我们的模拟仿真,这是我们制动系统的控制系统,实际上在2.5MW风机上面的一个实际使用的模拟,用我们新的制动控制系统,我们的转子,可以用更长的时间,实际上它的控制系统,它的机器的使用效率,比2MW的还要更高,这个在5MW风机上面的数据。也是用普通的和我们的安全附加性的控制系统进行的比较。实际上在于风值载荷上降低了10%-30%,而且载荷的变化率也降低了,而且也加大了疲劳对整个风机的安全影响。这点也是非常重要的。
我们对非直接的载荷影响也进行了监控。在小风的时候,可能风是从叶片的侧面来的,我们有一些研究,目前这种侧面来风,并没有囊括我们风制动系统监控体系里面。如果侧面来风增加到700的时候,实际上我们就要在制动系统中间加上一个附加的控制条件,无论是对制动系统还是变桨系统都要进行一些相关的调整,以确保我们的叶片在转动的时候,在侧风这么大的时候,以最低的风速进行转动。没有这些特别的控制的话,可能对我们的叶片产生一些损伤。在制动的控制体系中间,我刚才提到,好的控制系统可以降低我们的载荷,同时增长我们风机的寿命,而且增大我们发电率。因为有好的制动系统,对更大型的风机也是有效的。
我们的制动控制系统,可以适用于IEC3和IEC2这样的体系,而且我们用的钢的重量也是最低的。因为我们使用的是更先进的制动系统,而且在实践中间我们也证明用新的制动系统,使我们转子的运作更加的稳定。当然大家都不愿意看这些图,但是这是实际发生的情况。这是美国保险公司提供的照片,这里面有叶片,还有齿轮箱,都是因为在运行中间,制动系统不完善的情况下,造成的损害。有的甚至发生整个的风机头都掉下来了,有一些情况,整个叶片折断了,或者齿轮箱受到了损害。很多时候风机制造商确保我能使用多长时间,但是转子损害的话,这些保证都是空谈,从我们这些情况来看,目前我们标准的制动系统,并不能适用各个情况运作的危险。
实际上这个就是说,风机整体的设计,里面都有比如说直驱的风机设计里面,现在是基于我们公司的一些专门的设计。比如说我们的电机的还有电磁的设计,里面的电子系统的设计,很多时候都是我们公司专有的科技。这个是发电机组的测试床,这里面的电动系统,实际上都是我们公司的一些技术。我们公司有非常高级的一些工程人员,还有设计人员,进行这方面的设计,不光是一些基础上面的,概念设计,还有后期如何进行组装,如何来运作等等都有。
对于风机控制的架构如何设计也是很重要的。实际上就是说,对于本身的制动体系和整个风机的控制,应该都是在一个机箱里面的,而且中间的系统连接和系统的组接的话是非常重要的,这个对最终的效果影响也是非常重要的。最底下我们有一个控制板,这个控制板是根据我们风机的大小了,可能大的控制板有这张图的10倍大。制动系统里面就有3个控制板,在其他的系统里面有更大的控制。我们所有的控制板的这些原件都是标准的原件,所以同一批原件可以随时进行置换。特别是对于直驱的,中间很多的控制体系用了十多年了,而且应用的非常的广泛。对于发电机组,我们设计的流行图,实际上也被行业界广泛应用。
我总结一下,SETEC,我们一直致力于风机的设计,包括相关的一些计算,模型的组建,以及设计生产,我们对于与不同的公司合作非常的感兴趣,我们可以将我们的技术转让出去,或者以其他的形式进行合作。如果在座的各位感兴趣,欢迎和我一对一的进行会谈,因为今天没有时间了,我们明天还有时间进行一对一的会谈,非常感谢。
主持人: 下一位,Fritz Fahrner先生。
Fritz Fahrner:我们讲的是如何在高海拔地区发展风电,开发高瓦数的电机,这是我的整个索引。首先谈论一下中国的风电市场现状。第二个是高海拔风机的准入规则以及我们市场准入的一些标准。第三个我会深入的谈论,也是粗略谈一下风机设计的适应要求,最后是结论,我希望我及时的结束我的演讲。
第一就是中国风电市场的现状。大家可以看看图,根据2013年的清单,在广西,四川,云南,贵州,西藏和青海预计总装机容量为6020.5MW,大部分要求都是高海拔风机。我们谈到歌美飒的时候,我们有不同的机型,比如说标准风机,高海拔风机,我们也会根据客户的要求制定独特的标准。在下一个PPT幻灯片中,我会给大家介绍。我们看看高海拔风机的准入准则,先谈谈它的定义,然后如何达到这些标准和要求,以及如何进入这些市场。第一相关标准,我们在这佛教有中国建行认证中心和行业标准,简称NB。中心在9月份已经发布了一个新的规则,在论坛中,可能大家都在抱怨,为什么现在有这么多的准则,而且又非常的不明确,所以说这是一个非常好的例子。我们可以把关注度转移到其他的方面,我们有了相关的认证,就必须要达到这些认证标准。当前这些标准主要是关注用户,但是也会关注到设计,安装使用等等状况。正如我所说的,我们必须要考虑到方方面面。
第三我们深入讨论一下风机的适应要求,就是高海拔风机的设计要求,第一我们需要考虑的关键点,第一个就是较低的空气密度,因为海拔比较高,所以说空气之间的密度就会减少,也会有一些结果。比如说增加电气绝缘的距离,同时我们也必须要调整功率曲线,适应新功率密度,同时较低的冷却能力,要求我们降低额定功率。第二个需要考虑的点就是高强度的太阳辐射,或者材料以及部件的抗紫外线老化情况。第三防雷系统也要考虑一下,比如说批率,功率,接地系统等等。第四点要考虑复杂地形的风场评估能力,第五就是运输和存储,第六点就是人员安全和风机维护的便利性。
第二个关注点,就是较低空气密度,增加电气绝缘距离之后,也会增加电气绝缘距离避免短路,所以我们必须有相应的解决方法,也必须要有适应于高海拔的原件。所有的电气设备必须重新评估,并且进行绝缘设计。所以说我们在高海拔地区,安装我们的电机的时候,必须要确定我们的测试会通过国家标准,达到这些要求。然后给你们举一个例子,歌美飒海拔每增加一千米,就会增加三百千克(音译)大家知道这个数据之后对我们产生有一个了解,第二个是功率曲线调整和适应新空气密度的控制策略,高海拔增加导致低空气密度,导致低空气升力,导致低功率产出,所以我们要对系统进行重新评估。所以说现在我们的系统必须要根据实际的情况进行调整,提高精确率。
第三个就是冷却能力的降低,也会降低企业额定功率,所以对我们产品进行重新审视,如果空气流动性不足的话,冷却的时间就会更长,需要重新评估,所以我们的散热系统避免低功率,当了也会增加一系列成本。比如说我们会考虑温度,湿度,海拔,这样的话,最大程度满足我们客户的基本需求,这个方案最有利于我们的客户,最后是高强度的太阳辐射材料,以及部件的抗紫外线情况。我们都知道这些原件像叶片,导流罩,机舱罩,以及塔筒油漆都会受到影响,辐射增强,就增长老化速度,大概会增加一半左右。
第三点是防雷系统,我们与中国电气协会进行了合作,来评判中国雷电的频率和功率,以及接地系统。
第四点就是复杂地形风场的评估能力,我们必须进行全面的CFD计算,通常情况下海拔越高,地形越复杂,就很难进行精确的评估和模拟,我们也会评估和审视过去几年中的一些数据不断的校准我们的产品数据。
第五点就是高原地区的运输和存储,我们必须要考虑到物流状况,考虑物流状况,我们可能对某些原件进行设计,调整物流的状况。
最后就是人员安全和风机运行维护的便利性问题,这也是最重要的一点。因为他们的工作环境是非常严酷的,低氧会造成他们高疲劳,头痛,所以我们必须要对他们做出相应的保护措施,就比如说配置电梯,在高原地方,我们可能需要两个员工8个小时的工作,但是在高海拔需要更多的人员和更长的时间。高海拔需要低气温,我们要考虑寒冷条件下的设计要求。同时我们公司还有中国的相关机构,也有这方面的实际要求。
下面再简单介绍一下,第一个就是我们能够运营的最低的气温,然后找出问题的根源。第二个在低温度下的材料强度,它们在低温情况下,有什么反应,我们的原件怎么进行运作,在低温情况下,我们会进行更改。比如说在零下30多度的环境下,我们会测试在那里系统的运行状况。第三和第四就是高海拔地区材料热应力性能的影响和温差影响的凝结和腐蚀的影响,这种情况也是相关的。当然在不同的环境下,会有不同的影响,我们必须加以考虑。还有改变这些机械的性能也会改变产品的刚性,弹性和阻尼的影响。所以我们必须要考虑到阻尼的影响。第六就是载荷以及覆冰的影响,我们也会采取除冰,减少叶片表面的影响。如果我们有机会在高海拔地区建立风场的时候,我们会达到标准。
中国市场正在向高海拔转移,我们公司标准进行的设计可以达到两千米,比如说在西南,在西藏地区,而我们公司有很多的经验,有许多的机械运营的经验,我们可以与大家分享这些经验,以及帮助大家制定这些标准和定义。
第二个就是CGC和NEA鉴衡和国家能源局正在制定相应标准区规范这个市场,我们也会尽力完成我们的产品质量达到这个标准。
第三标准风机不能安装在高海拔地区,许多特性必须加以考虑,比如说冷却,电气性能,复杂地形,控制策略,材料与表面处理等等。第四点在大多数情况下,高海拔就意味着低气温,所以说我们公司会考虑到这个状况。而且在这个方面我们有很丰富的经验,现在已经安装了百兆瓦容量的电机,我们的足迹已经进入了美国。
最后一个就是任何高海拔的风电项目都应该充分研究具体的风场条件。比如说我们会测量气温的最高和最低值,找到中间的范围,我们会根据不同风场的具体环境制定不同的风机,我们的产品寿命有20多年,经验丰富,所以希望和大家合作,谢谢大家。
主持人:非常感谢。上海电气唐先生,他是做关于风电机组轴系扭矩振荡案例分析与研究。
唐亮:大家好,我们这个报告主要是针对非常具体的案例,我们怎么来分析处理的。在我们风电发展过程中,碰到过一个谣言就是风机振荡问题。我的介绍主要分三个方面,第一个是我们振动情况的大概介绍,以及我们分析其他振动的主要特征。第二作为振动来说,和结构特性和振动源两方面相关的,所以我们两个主要方向就是从这两方面进行着手处理的。最后就是我们的原因分析和最终的处理方案。当时我们在现场是这样的,当时他们观察到风机有一个非常明显的振动了,我们当时总结了一下,我作为初步的分析,这个振动具有四个方面的特征。
第一,这个振动在我们风场所有风机都发生了,而且发生的是非常普遍的。第二我们振动有方向性,而且非常明显。第三工况都是相似的工况,第四跟频率是不同步的。
这是我们当时做的风机振动的统计,当时已经安装的是9台机组,我们只列出了10天之内,我们统计出来振动情况,大概是最多的一天发生了20几次。这个是我们按照机组的情况,做的分别的统计,可以看出来,所有的机组在不同的时间都发生过这个问题。关于振动的方向性,我们当时目测观察的时候在机舱横向,振动强度大于前后方向,我们做了实际测试,这个是测试结果。很明显的看到,红色就是横向,蓝线就是前后发生的加速度的情况,这个就说明横向振动强度大于前后振动强度。
我们把发生振动情况的几个主要参数做了一个记录,我们可以看到,发生振动的时候,基本上功率还有风速和转速都在一个比较固定的范围。这个也是我们后续分析的重点,我们当时着重分析,为什么出现这种情况。第四个的话就是我们住里还注意到一个比较有趣的现象就是说,实际上在振动的时候,跟风轮的转速频率是有很大差别的。
因为我们一开始怀疑是因为我们机组的结构频率和风轮EP没有充分的间隔嘛,但是实际上后面我们发现的,刚才视频上是13秒振动4个周期,这样的话,我们振动频率是0.31赫兹。风轮在发生振动的时候是0.23,塔架基频是0.31。可以得出结论,风轮EP不是发生塔架振动的基地源,我们可以得到一个基本结论就是发生了共振情况。
这个振动发展是非常的迅速,当时我们目测的时候,10分钟之内,振动加速度的有效值从0直接到0.28,就是2.8米2次方秒。作为我们当时第一步分析的基础来说的话,振动的话,我们认为就是说,只是跟两个方面有关系,这两个方面也是我们分析的两个主要方向,第一个是我们振动的一个激励源,因为没有激励源肯定不能会发生振动的。第二个我们机组的整体结构特性。因为机组结构特性跟振动源,没有刚好匹配的话,可能会发生共振的问题。这里的话,就是说我们风机设计的时候,为什么塔架基批要避开EP。这两个共同决定振动的特性。我们当时确定这两个方向作为我们分析的重点。
首先我们从结构特性方面做了一个检查,这里写的比较简单,因为当时有很多人怀疑,是塔架或者机组设计原因,实际没有达到设计的要求。我们当时提出的方案就是给风机整体做一个频率测试。主要的原因是什么呢?我们可以从这个公式上可以看到,风机的质量是确定的,不太容易随着外界变化而变化,我们的频率跟总体刚度有关系,这个是很简化的式子,但是这个是很适用的。
我们当时就确定,如果频率满足我们的设计要求,就可以排除结构原因。右面是当时实测的结果,我们可以看出来,在0.317这个地方有一个尖峰,这个就是结构的自振频率就是0.317。但是我们设计频率是0.312,略高于我们的设计频率,这个就说明,最后塔架和机组的总体刚度是符合我们设计要求的。当时我们为了彻底排除这个原因,我们测量运行时候风机的频率情况。停机7台测下来,数据吻合性非常好,都是0.317,运行的时候,我们就测了一台,因为考虑机组安全性的影响,最后结果就是振动前后和振动当中并没有发生更多损失的情况。我们基本上可以排除是结构方面的问题。
接下来的话,我们要排查它的振动源,因为结构方面的问题排除之后就剩下振动源的问题了。振动源的问题,我们充分考虑了振动的特征。因为我们常见的振动源的话,一般最常见的是风轮不平衡,还有高竖轴,高频振动,电机或者齿轮箱弹性支撑破损,这跟我们观察的是不相符的。如果风轮不平衡的话,不会出现在我们特定的工况。这跟我们观察到的现象是完全不符的。如果是轴承和齿轮破损或者弹性支撑的问题也不太可能出现。它也不太可能是普遍性的问题。还有一个它的振幅应该不会达到我们所观测的这么明显的效果,当时观测的话,横向的振幅大概有2米,两边各一米,综合考虑下来,应该不会有这么大的影响。我们还是做了一些检查,检查的结果也符合我们的预期,这些都没有发现问题。
最后我我们考虑到,其实我们一开始考虑的方向,但是我们排除了,风轮控制的话,这跟我们观测到的特征是非常吻合的,如果控制出现问题的话,还有明显的方向性,这个都是可以预期的。这是当时我们从发生共振的情况下截取的数据,这是3号风机振动数据,红色的线是叶片变桨角度,最上面是风轮转速,这个是风机转矩。这个都没有达到满发,按照常规来说它不应该变桨,所以这是异常的现象,而且我们可以看到,这三个变量的话,基本上是同步变化的。
我们对这个东西做了一个滤波和副滤液变化的分析最后得出变桨较吨0.318赫兹,扭矩也是0.318赫兹。这是转矩,这三个吻合性是非常好的,这就是我们塔架发生振动的根本原因所在。
最后我们可以得出一个结论,因为控制出现了异常,导致我们风机没有达到额定风速之前,就已经发生频繁的变桨动作,造成风轮转矩波动。给我们整个机组有一个相当大的振动激励,也就是造成我们塔架振动的根本原因。这个也可以很好的解释,为什么横向的振幅要远大于前后的振幅,因为风轮是扭矩波动,不是前后的推力波动,所以最后我们以这个方向作为我们后续解决问题的一个出发点。
首先我们采取了第一个,我们调整了风机的控制参数,当然具体的控制参数的话,因为时间关系,我就不详细介绍了。但是我们可以看出来,这是调整参数以后的类似工况的运行数据,可以非常明显的看出来,变桨角度,已经恢复正常了,就不再变桨了,这个符合我们采用转矩表分析的运行工况的。当然这个地方还可以看到它的扭矩仍然是波动的,但是波动的话,这个时候是风机没有办法避免的一个情况。因为如果你采用的转矩表控制的话,风机的扭矩随着风速变化的话,肯定会发生波动的,但是这个出现问题的话,还会引起大量的问题。
这个是我们调整控制参数以后的运行数据,这头可以看到,这条蓝色的线,是我们振动加速度,这里头从60秒之后可以看到振动加速度,还是在不断上升的。叶片变桨角度的话,还是在波动的,这里头的话仍然有问题。
我们也做了一些分析,扭矩还是有异常的波动现象,但是具体的原因,其实跟原来的话,还是很相似的,调整这个参数,不能从根本上解决这个问题,因为采用这种控制方式的话,风机的扭矩信号肯定随着风速还是有相当大的波动的。所以我们最后采用了滤波器,就是在我们转速和扭矩信号下面加了一个振动滤波,我们可以看到蓝色的线,是没有采用这个东西之前的振幅,黄色的线是采用之后。我们这里可以比较明显的看出来,之前和之后的振幅比之前有明显的降低。我们给它做一个简单的频谱分析,滤波以后的频谱,虽然峰值基本上出现在0.317,但是峰值从32降到4.65,基本降低85%,这个效果还是非常明显的。
目前我们还在做其他方面的改进,对我们的查表控制的方法,我们可能至少在过渡区这一段的话,可能会采用全程PID控制,或者含扭矩控制,我们在某些特定的区域可能不再采用转矩表控制,当然这个我们正在做。因为刚才我们也说了,振动和振动源和结构特性两方面相关的。从结构特性来说,我们也在做阻力器的设计,虽然它不能解决振动源的问题,但是振动源有激励的话,我们可以把振动幅度大幅度减少,预计今年会装一台。最后谢谢大家。
主持人:我问你一个问题,你是单台机还是多台机?
唐亮:多台机组基本上都出现这个问题了。我们那台机组是第一次采用某一假供应商的部件,有一个部件的匹配问题。
主持人:第二个,当时的风速多少?
唐亮:发生振动的时候,当时的风速是12米左右,其他的风速没有振动。
主持人:我告诉你,我在仙人岛遇到一次,在某个风速下,整个机组振动,要等到那个风速达到那个值的时候,才测,要等到半夜才测,就是辽宁省因口仙人岛我提供这个案例给你参考。第二在山东荣成7台机组,所有的部件都是德国来的,惟一有塔架是当地造的。当地造的7台机组,有一台发生振动。
唐亮:最后查出是什么原因?
主持人:最后的原因就是塔架的制造质量。7台有1台振动,其他都一样。因为现在你调转矩,通过这个调的。
唐亮:我们这个风场情况可能不太一样,它是普遍的情况,其实我们在PPT里面没有说,其实是因为变流器的能力,跟我们转矩表匹配,还有主控有点问题,就是变流器的扭矩变化能力跟不上主控的要求,所以造成来回波动有点问题。塔架的问题还没有发现,当然我们都会查,但是现在我们更改的情况来看,应该没有再发生过类似的问题了,谢谢。
主持人:大家有问题没有?
提问:实际上我想提一个问题,我看到咱们这次演讲的标题,叫轴系,是不是你们振动之前在轴向上有比较明显的振动,我注意你讲的时候,提到了一个跟变桨系统相关,这块跟变桨系统的相关性?我们一般做的都是三叶片,是不是三叶片不兼容造成的?第二相关性,我们谈到的,实际上后发现的,实际上跟变流器的滤波这块相关?跟这块的相关性体现在什么?包括解决手段是在变流器加的,还是主控加的?
唐亮:首先回答你第一个问题。我们叫它轴系是这个原因,因为我们风机控制的最主要的手段就是给扭矩,所以引发振动的直接原因,肯定是因为异常变桨,但是具体到载荷上来说,就是变桨造成扭矩波动,这个是最直接的原因。我们做的滤波其实主要对转速信号做滤波。我们要把塔架的基频和其他相关的振动的频率要过滤掉。让转速信号发生波动之前都可以接受,但是不能发生共振。
提问:是不是跟固定的某一个风速段相关?
唐亮:对,其实在1500千瓦左右,风速是12米,转速是14RPM。
提问:现在解决办法是加滤波器,有没有想过快速躲过这段?
唐亮:损失发电量太大,经济上难以接受。
提问:好谢谢。
提问:第一个问题,我看PPT最后写的是设计阻尼器,这个是硬件还是软件?
唐亮:阻尼器是硬件,最早是在塔架加水箱,我们指的就是这个,因为这个跟控制是没有关系的,我们只是改变机组的结构特性,无论它什么原因发生的振动,在我们的基频附近都有很好的减振效果,这是一个被动的方法,但是从我们计算结果来看,效果还是可以的,国外的用也很多,在海上我们已经看到一些商场在用类似的产品了。
提问:成本大概有多少?每台都可以装吗?
唐亮:初步问下来,好像是15-20万一个。
提问:有没有想过从软件上加一些阻尼器之类的?
唐亮:软件是这样的,如果我们采用传统的转矩表控制的话,波动是不可避免的,只不过避开塔架的振动频率,所以我们采用对信号进行滤波,把频率的信号全都滤掉。虽然发生波动,只要不跟我们塔架发生共振的话,是不会有问题的。实际上从我们模拟的结果来看,效果还是非常好的。
提问:谢谢。
提问:我问一个问题,你们问题主要出现在短一点叶片的风机上,还是长叶片风机上出现的?
唐亮:其实是长一点的,因为这个地方长一点的话,为什么发生波动的话,有的时候主控要求的扭矩变化率太高,变频器跟不上了。太高的原因就是一般比较长的叶片,会比较多的出现这个问题。
提问:现在这么做了以后,有一些方案嘛,按这个方案做了以后,这个问题解决了吗?
唐亮:这个问题目前来说,我们现在还在观察,我们应用上去以后,基本上没有发生过类似的问题,所以我觉得应该可以说是解决了。阻尼器这个还没有加,是我们准备加的。
提问:不管什么方法,会不会对你风机的发电量有影响?
唐亮:滤波肯定是有影响的,调整共振参数肯定有影响。
提问:会降低一些。
唐亮:因为这个属于主动的方法,加阻尼器是被动的,跟风机本身,你可以认为跟它运行是毫无关系的,这个对发电没有任何影响。
提问:你们有没有评估过,大概降低多少发电量?
唐亮:这个只有简单的估算,具体降低多少,没有具体的数字,不管怎么说,这个对发电量的影响,起码调整控制参数这块来说,应该是比较小的。
提问:谢谢。
主持人:我觉得唐先生你们应该不要治标,要治本。