2014北京国际风能大会之“风电机组总体设计”专场——荷兰MECAL公司的Anton de Roest：200米液力海上风电机组的概念设计

    这个设计的主要目标并不是一个技术上的目标，而是一个成本上的目标，我们需要去降低成本。投资风机的方法只有一种，也就是我们必须一切都以能源的成本出发。当然，其中会包括生产的成本，还有一些维护和运营的成本，这些都是良好设计必须要考虑到的一些问题。当然我们也需要选择更高的可靠性，因为我们需要去确保海上的风机出现的误差，或者是损耗会更少，因此，高的可靠性是非常重要的，我们需要去确保整个体系已经证明了自己在市场上是能够提供更多价值的。
    接下来我们要开始做选择了，有很多不同的模式是可以选择的，还有驱动也是有很多不同的选择。我们要做这些选择需要考虑到自己的情况，比如它不同的位置，当然可以选择单轴承的，也可以选择双轴承，还有直躯系和非直躯系，这些都是各种不同的选择。其中大概需要考虑到的有20个概念左右，每一次要进行设计的时候都需要去放开自己的观念，需要考虑到每一个合理的可能性。我们还可以选择一个数字，来决定自己的需求，然后才能得出来这样一个表格，去衡量不同的因素，然后来平衡自己的一个选择，这是比例升级之后所需要做的一件事情。也就是一开始需要去进行比例升级之后再去输入各种数据来进行选择。
    接下来关键的一个问题就是怎样去选择一个比较合理的能源成本，在海上的风机都是成本太高，它会受到不同的影响，比如支撑结构，电力基础设施，电力基础设施基本上跟风机是独立的，然后物流和安装可能会受到你的设计思路的影响，因为大家需要去考虑想要建筑一个什么样的结构，以及怎样去安装风机，这些不同的因素都会收到各种各样的影响。但是，其中最重要的一个也就是需要去估计它的运行维护的成本。比如说20或者30年的运行当中你需要话费多少钱进行维护。在设计的时候，这两项费用是必须要考虑进去的，这也是投资当中非常关键的一个部分，我们当然也需要考虑到这个成本之下可以产出多少功率，以及多少的发电量。
    接下来看一下这种，这种机器是比较常见的一个结构，这里面是直躯的发电机，我们之前探讨了一下比例升级，还有概念升级基础都会收到哪些影响？我们看这里的空气间隙，它会受到半径的影响，受到直径的影响，同样也会影响到内舱当中出现的弯折的问题，所以我们需要有一个高效的发电机，如果用标准的发电机，需要用一个效率高的发电机。接下来的第二个问题就是它的齿轮箱很重，尤其在高速部分，它的齿轮箱是非常重的，而且这样的齿轮箱想运行起来是很困难的。然后，关于速度可以有一个中速的集成，集成起来会更加方便它的一个工作。我们还需要找到最关键的风机载荷，我们的机限是6MW，接下来是模拟的一些其他的情况。如果你也做了这样的比例升级，当然这个是可以用电脑做，一般来说还是手工的工作会比较大，你需要去计算，需要去思考。如果说把这个载荷的升级考虑进去，那么，能够得出一个比较准确的数据。
    这是我们最终达到的这样一个概念，其中包括几个不同的细节，我们都已经考虑到了。比如说它的平台，还有怎样达到风机，还有拖拽等等问题。我们之前谈到主要的框架，是带集成单主轴承的，我们还有中速传动链，采用了齿轮箱和发电机集成，还有电动偏航系统，我们之前考虑过其他系统，最后还是觉得电动系统比较好。所有这些电动系统在塔架当中的位置也是需要去考虑的。对于海上风机来说，重量越轻越好，如果在内舱的重量增加一公斤，最后整个塔架的重量可能会增加7-8千克，也就是我们如果从内舱开始就采用最好的技术减少它的重量，海上风机的整个重量也会减少。这个塔的强度到底是一方面，但是它的其他的特性也很重要。这个转子的速度是8.6，是很低的速度，当然跟我们现在的速度相比还是很低的。但是，它所带来的中心扭矩是跟正常情况差不多的。接下来这个是内舱重量的分布和转子重量的分布。叶片的重量我们现在还没法分析，因为叶片我们还没有进行设计，我们会考虑用五级距齿的材料，有人考虑碳纤维的叶片，因为它可以减少重量，同时增加强度。
    接下来就是风轮的重量大概350吨，机舱的重量大概是目前最重的一个部分，也是最重要的一个部分。大概是600吨的一个趋势，我们目前设计是478吨。我们的设计是根据趋势进行的，风轮的趋势和设计已经目前接近了，但是机舱的重量如果按升级趋势来计算，就是根据市场上现在的趋势来看，它得出的重量比我们目前设计的重量要高很多。同时，这个总重量也进一步的从这个趋势算出来的950吨减少到我们目前设计出来的819吨。
    接下来我们需要进行一些计算和分析，我们做这个分析的时候主要考虑的是内部的压力，并不是考虑它的外部压力。我们这个设计是紧凑的一个集成设计，但是还是有很多优化的空间。但是，这些优化一般都是出现在供应商的零部件上。我们之后也会进行更多的研究，去改进它的几何结构，以便减轻重量。我们在机舱内尽可能的减少了它的装置，这样就空出了很多的空间，这样人就可以在机舱当中工作。对这样的机器来说，其实很多事情都需要大家去共同解决，不是一个人能够解决的，我们之后也会尽量的去减少顶部重量，然后节约它支撑的成本，减轻塔桶的重量，之后也会通过改进组装的方式来增加陆上预组结构的数量。我们也进行了很多的测试，就是说需要保证所有的部分组装起来之后，从头到尾都可以正常的工作，也需要确保这些部分是可以组装到一起的，可以避免失误。
    接下来最重要的就是去看这些活动的部分，所有的活动部分轴承我们希望他们能够在整个生命周期当中都可以正常的使用。这个还是很容易理解的。这样大小的齿轮它的机舱大概是8.5米宽，还有它的偏航系统大概是6米宽，这边是主轴承，这样的一些零件是需要我们非常小心的去选择的，要确保他们的载荷是符合当地的情况的。这些因素我们都通过测试来检查过，还有重量的问题，这边是转子的重量，轴承的重量，变桨的速度大概是20吨左右，转子是52.5吨左右，接下来大家也能看到，仅仅是一个主轴承就已经需要比较特殊的运输方式了。我们现在主要做的是从现有的海上汲取有效的实践经验，我们也在进行很多的平行研发，这些平行研发以后可以让我们能有集成的解决方案，或者是新的基础。下一步我们会在现在的基础之上进入到下一个阶段的研发，确保我们能够设计出来市场所需要的这种紧凑的海上的风机。
    我们现在也在努力的优化它的结构零部件的循环，并且在调研塔架结构的备选方案，希望能够配合顶部重量的减轻，我们之后也会优化它的载荷设置，改变不同的控制算法，能够让这些算法更为智能，确保大家能够预期到载荷，预期到这个机器上可能出现的一些变化，接下来我们也会去研究一下海上风机的潜在供应链，确保我们能够在未来的供应商当中也是处于领先地位的。在此基础之上，我们也会确保大家都能够得到需要的信息，能够学会怎样去应用这些风机，作为供应商一个责任就是去保证自己的产品的质量，第二也是要让客户加入到这个设计的过程当中来，谢谢大家！