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CWPE2018:明阳智慧能源集团股份公司总工程师贺小兵——《适应中国环境要求的海上风电产品开发与应用》

2018-11-15 来源:东方风力发电网 浏览数:2319

2018年11月14日上午,由中国电器工业协会风力发电电器设备分会、中国电工技术学会风力发电技术专业委员会、东方风力发电网主办,江苏中车电机有限公司承办的第三届中国海上风电大会暨风电电气装备高峰论坛在北京四川五粮液龙爪树宾馆隆重开幕。明阳智慧能源集团股份公司总工程师贺小兵在嘉宾演讲环节发表了题为《适应中国环境要求的海上风电产品开发与应用》的演讲。

   2018年11月14日上午,由中国电器工业协会风力发电电器设备分会、中国电工技术学会风力发电技术专业委员会、东方风力发电网主办,江苏中车电机有限公司承办的第三届中国海上风电大会暨风电电气装备高峰论坛在北京四川五粮液龙爪树宾馆隆重开幕。


 
  明阳智慧能源集团股份公司总工程师贺小兵在嘉宾演讲环节发表了题为《适应中国环境要求的海上风电产品开发与应用》的演讲:
 
  大家好,我跟大家汇报的题目是《适应中国环境要求的海上风电产品开发与应用》,上午听到一些专家汇报的内容,根据主机厂在产品开发中和实践应用的一些情况跟大家汇报一下。分三个部分:
 
  一、中国海上资源及海洋环境分析;

  二、海上风电机组设计;

  三、海上风电成本分析。
 
  中国沿海的风资源跟欧洲不一样,而且大家知道我们整个沿海的海岸线比较长,风资源分布事实上差别很大,就像我们中国陆上风机开发一样的,从以前的陕北地区到中部、南部等等的环境差距很大,我们的海上风电也是一样的。我记得上午说过现在比较好的资源还是在福建海峡。
 
  大家可以看到我们目前中国和欧洲的风资源差别是很大的,基本上在欧洲北海的资源都是处于一类风电场,我们中国相对比较好的就是福建、台湾海峡这一块,平均风速也可能只有8-9米,能达到10米也是很少的,其他长江以北平均风速就是7.5米左右,广东、广西这些地方风速也会更低,但是还有台风的影响。
 
  这里说明在整个中国沿海的台风对我们风机的安全性影响是很大的,所以我们在设计中国海上风机的产品必须得考虑到台风的影响,当然根据不同的台风登录的概率大小,我们选择的安全等级肯定是不一样的。比如说在华南地区,广东、浙江、福建、台湾海峡、江苏等等这些地方可能选择的抗台等级不一样。
 
  首先是风资源的一个影响,第二个其实地质条件对我们整个海洋工程的建设也是影响很大的,大家知道沿海地质条件比较复杂,对我们海工的工程影响、成本影响也是很大的,由于地质条件的影响,其实我们目前海上工程的建设成本的一大部分应该还是海工这一块,如果海工这一块成本能够降下来,对整个海上的竞价上网还是有很大的优势。
 
  当然根据不同的地质条件我们就要选择不一样的桩的形式,其实很多企业包括明阳也一直在从事相应的海桩基础的研究,但是我要跟大家说,就像我们在陆上用基础一样,在海上要根据我们的地质条件、施工条件,根据窗口期应用不同的桩的基础,来满足我们整个地质条件的要求和施工的要求。就像以前上海院在他们东海大桥用的是高桩承台,华东院用的单桩基础比较多,明阳在珠海的时候用的导管架基础应用比较广泛。通过这些基础形式的应用,其实也应该为我们海上风电打下了很好的基础,因为这种基础形式的应用能够适应不同的海域情况。
 
  第三个部分实际上我们还有一个环境条件的影响,其实我最早做中国风电场定制化研究的时候,除了对风资源特殊情况的研究,其实环境条件事实上对我们风机运行的可靠性影响也是比较大的,尤其海上在不同的环境条件下,比如说强盐雾腐蚀、海浪冲刷等等,像张秀芝教授说的海浪冲刷我们研究的比较少,尤其是主机厂还有设计院获取的相关数据不像相关研究机构这么多,这些综合的极端环境对我们风机设备的影响,对基础的影响,以及我们对海底电缆等等的影响,给海上风电可靠性带来了很大的影响。所以我们都应该有一些专题解决方案,尤其是现在大家也知道主机厂针对不同的海域条件也设计了专门的技术条款和技术规范来适应这样一个极端技术环境条件。
 
  我第二个部分讲一下海上风电的技术要求。
 
  首先还是要说一下一体化设计技术,一体化技术其实是一个从风机以前只关注风资源对风机的影响,实际上就关注到海上不同的环境条件和外部条件,对我们的影响。其实大家都可以看到,影响风机的当然最主要的是风资源,其他的还有海文条件、海床地质条件、塔架结构、基础形式等等,张老师说的还有洋流或者是海上水文条件对整个技术影响也是很大的。一体化设计实际上只解决了两个问题,以前主机是主机,基础是基础,和设计院是分开设计的,带来的要么就是安全性过高,要么就是安全性设计不足,通过海上一体化设计实际上是把设计院和主机厂整个设计方法和手段融合到一起了,这样就可以避免造成我们两家提出的过高或者过低带来的安全性的问题,另外我们也能够通过一体化设计降低整个基础造价的成本。目前海上基础的成本实际上在整个建设成本里面占到50%以上,还是比例比较高的。所以通过一体化设计实际上是解决了整个安全裕度的问题。
 
  明阳也一直在开发平台,以前我们设计风机可能关注的是空气动力学,关注的是传动链,关注发动机,但是到了海上之后我们就把相应的刚才说的这些边界条件就纳入到我们整个的开发里面。在做计算或者分析的时候,相应的所关注的边界条件就更多了,就让我们整个控制的环节就更加准确。大家知道以前我们做陆上风机的时候没有其他边界条件的时候我们可能更多的就加一个安全系数1.5倍或者多少倍,但是这些都是不准确或者不可靠的办法来实现它。我们现在在海上通过一体化的方式,就把足够影响到我们整个海上风机运行的外部条件都输入进去,进行影响的载荷控制,包括软件控制等等都放在里面做相应的分析,甚至电网的影响,我们都会放在里面做相关的分析。
 
  另外机组技术发展,其实上午中车的数据就比较明白,随着机组的大型化过后,现在技术路线越来越更多的走向半直驱,这个技术就是明阳现在在大机组这块一直采用的技术,它采用的是直驱和双馈的这样一个中间路线,其实这个也符合中国人的传统观念,就是走的中庸之道,就是当直驱走到极限的时候,可能在它的尺寸,它的重量上受到一定的限制,双馈机组可能在齿轮的制造难度上会更加加大,那么我们在2008年的时候选择大机组的技术路线就选择了半直驱,到现在已经十年左右了,到现在从整个运行来看,应该来说在行业内还是比较创新的一个技术路线。
 
  目前明阳在这块推出了两个平台,基于半直驱,一个是3/4兆瓦平台,现在它的最大的功率已经做到4兆瓦156米了,讲到这个平台要说明什么问题?其实说明中国今后的风电的发展实际上就两个地方,从规模化发展,第一个就是陕北地区,所以我们开发4兆瓦156米主要是为了今后的陕北地区,比如搞大基地开发,昨天我还在国家电投交流的时候,像乌兰察布的600万,我们可能要更大的机组满足大型化,只有机组大型化之后才能解决规模化建设中所遇到的一些问题。
 
  海上这块我们根据中国沿海的风资源条件不一样,大致就分成了三个机组,其实最早的我们6兆瓦,6.5兆瓦其实运行的时间非常长,在如东多海上试验风场,当时是两叶片,但是由于中国海上资源的变化所以我们现在已经升级成三叶片了,大家可以看到我们根据广东、浙江、海南等低风速地区,台风地区我们推出了5.5-155这个机型,另外在江苏河北、长江以北低风速地区我们推出了更大的叶轮直径。另外在福建海峡我们也将推出7兆瓦158米的高风速机组,我们也开始预研了8-10兆瓦半直驱机组。
 
  在海上这块今后的规模化将会更加大,大家知道最近广东国家电投将招标有更大规模的,应该是中广核一个是90万的,另外一个是50万,今后一个单体的风电场的机组单体的容量越来越将,单机的容量也会越来越大,将会对整个海上布局的影响,这一块也是我们今后要重点考虑的,这个就不像我们在陆上风机怎么把资源利用的最好,能够满足我的经济性,但是到了海上不光是经济性的问题,由于风机的布局间距的问题,带来的不光是发电量的降低而是风机的寿命或者风机的可靠性的降低,所以在这块我们就做了相应的研究,通过布局的优化,让我们的尾流降的更少更低,发电量和寿命提的更高。
 
  抗台这块我就不做多做介绍了,抗台有几个,我把它组织成三句话:一是结构性抗台,二是控制性抗台,三是管理性抗台。什么叫控制性抗台?就是台风来了并不是一动不动地站在那儿,而是需要让我的风机处于最小的载荷状态,比如我要控制我的风机,根据台风的路径,台风的方向,控制风机的迎风面积最小来保证风机受的载荷最小,其实现在张老师没有做具体的分析,其实我做很多破坏性的台风对风机的影响,其实大部分的风机破坏的时候不一定是台风的风速大,而是更多的时候台风在某一个机位点风向变化大,造成了整个风机的变化,它跟踪不了载荷的变化,就造成了叶片或者塔筒的断裂。
 
  海上风电机组更重要的是风机对基础等等盐雾的腐蚀,对我们25年的寿命带来了很大的考验。其实风机防腐这块要分成几个,一是本身基础结构包括塔上这块的结构性防腐这是一方面,我相信这方面如果我们能够把海洋工程,其他相关行业的防腐技术拿到我们这个技术应用的话,应该是很快会解决这个问题,所以其实我们风电技术是一个吸纳各个其他行业的一些先进技术的产业。


 
  二是指我们机组的防腐,这个防腐实际上是对我们提出了更高的要求,因为这个里面不是单一的结构性防腐,里面有电器元器件,有液压元器件,有齿轮,还有很多运动的部件,那么我们就设计了一个比较创新的技术就是我们像所有的传动部件,电器与元器件它的环境条件里面,是跟整个海洋的环境条件不直接进行空气交换,相对于是两套系统,整个风机的内部系统是一套空气循环系统,外部大家可以看到装了一个很大的冷却包,实际上就对我内部的空气再进行一个不进行空气交换的一个冷却方式,这种方式应该是说目前做起来还是比较先进的,这样的话就不可能把外间的盐雾带进去了。
 
  海上风电成本的分析。
 
  海上风电的成本影响其实就两个方面,就是它里面可能发电量是一块,另外一个就是整个的运维成本,包括建设成本,所以在这块的话我们如何提升发电量,降低我们的运维成本和建设成本,这将是我们整个收益里面的两个最关键的指标。
 
  实际上在整个发电能力那块,刚才讲我们要提高我们的收益,发电量是首要因素之一,我们可能在整个气动效率、传动系统效率、台风期发电量、最佳Cp值等等,包括扫风面积,其他的可能是一些辅助手段。
 
  在我们整个海上机组里面,刚才讲了跟机组数量有关的有哪些,一是机组这块占的成本目前大家可以看到,其实我机组目前占的成本不到40%,38%,所以大家可以看到剔除主机这块大量的海工部分是最快,所以我认为我们要有更多的海工方面的建设单位或者相关单位进来,如何研究这方面的成本降低将是最大的一个课题。
 
  这里拿明阳的风机做了经济成本的比较,大家可以看到从3兆瓦到5兆瓦,因为机组原来用的单机容量越来越大过后它的收益率越来越高,不一定发电量高,为什么?因为机组大了过后,相应的基建成本低了。现在一般的建设成本大概是1.7-1.8万一个机组左右,在现在的海上电价情况来看,它的收益率是非常高的。
 
  更重要的在运维过程中我们需要更多的比如大数据、智慧化,包括数字化等等这一块,实际上我们进入海上风场真的要做到无人职守或者少人职守,就是要做到我们现场通过相关的像云计算、大数据技术进行现场风机的管理。
 
  当然相应的状态运维等等这些我们也必须要做得到才行。我就不展开讲了,因为可能大家会讲的很多。
 
  其实还要跟大家汇报一下最近我们在兴化湾运行的明阳的两台5.5/7.0兆瓦平台机组。并网发电以来,总发电量达到1619.93万千瓦时。10月最新数据显示,两台机组发电量再创新高,达到462.70万千瓦时,可利用率达99.92%。
 
  (发言整理自现场速记,未经本人审核)

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