国内风电电气技术的未来发展展望 刘吉辉/技术部副部长_2016中国风电电气装备技术高峰论坛_会议、会展视频_观视频_东方风力发电网

国内风电电气技术的未来发展展望 刘吉辉/技术部副部长

上传日期:2016-11-18  播放次数:805
观视频介绍
  以下是大会演讲内容(现场笔录):

  各位风电界的朋友们大家上午好,我这个主题有点大,前面的一些专家都讲的比较具体,比较细,我这个比较宏观,也比较粗,主要是结合我们上海电气的一些情况给大家做个简要的汇报,如果说没有达到各位朋友们的预期多多包含。我的主题分为三个部分:
  一、发展历程。
  前面有些专家和同行也提到了,其实我们的技术在中国风电来之前主要还是以定速定桨型兆瓦及以下风电机组,从这个图也可以看到原来的机型特点是比较小,还有停机时的叶片都是属于开桨的状态。
  到了2005年以后,也就是我们现在的一些主流技术,主要分成两大类,一个就是齿轮箱的传动,再一个就是直接驱动的传动。齿轮箱的传动从市场产业化比直驱的传动要早,大概在2005-2007年,几大电气装备企业走的都是技术引进的路线,然后引进的大部分都是齿轮箱带电机双馈的技术。当然上海电气也不例外,我们2005年就开始在跟德国在谈,引进了他的1.25双馈技术。2006年技术正式输入到上海电气,2007年我们出了样品。
  这里面主要讲的这几个产品路线的一些特点,双馈异步发电机它的方案相对来说是一个传统的方案,比较成熟,工业也比较成熟,经济性相对好一些。缺点因为它跟电网的相关性,它的电子跟转子都跟电网有直接或间接的连接,电网的友好性相对弱一些,受电网的影响多一些。
  第二是感应异步发电机,我们现在也引进了两个技术,一个是西门子的G2和G4,它的传动方案也是比较成熟,大家可以看到它的电网友好性比前面更好,因为它是通过电流其再跟电网相连,电网很多的适应性只要电流器功能足够强大就能更好的适应电网。成本它比双馈相对要高一些,因为变流器的成本相对来说容量做得大一些。
  第三是同步发电机组这种直驱的。其实直驱在国外做的也很早,现在在国内来说做直驱也很好,但是做得比较大的就是我们的带头大哥金风,金风现在包括国内还有一些其他做直驱的厂家,考虑做的是永磁电机,传动效率高,另外也是电网较好。缺点我们个人觉得历史经验略短,因为最早我们做的都是定速定桨都是带齿轮箱传动的。另外直驱的金属材料属于稀有材料。
  结合目前的电机技术从几个方面做了分类,从滑差率来说有感应机有同步机,从转速来说有中高速、低速,电压等级有低压、高压。冷却方式有水冷还有空冷。
  这个图我是从ABB官网上截下来的,其实也就是对两个大的分类也做了一些细分,其实从左边大家可以看到到感应电机有定速的、双馈的、全变速的,全变速其实就是我们现在跟西门子合作的鼠笼电机。另外就是同步发电机,同步及有永磁的,还有低速、高速。
  下面我们从控制方式来说有矢量控制、直接转矩控制。控制方式现在据我们了解用的是直接转矩控制,其他的还是电压矢量控制,从并网方式来说就是接触器和断路器,像早期的技术原来引进的低温的1.25,最早它的变流器是德国SAG(音)的,它那有个不好的就是因为我们的断路器一般都是风速一万次,比如风速比较小的风场,频繁的脱网并网就会引起断路器的失效。另外就是电压等级,低压方案、中压方案。再一个是冷却方式,水冷、空冷。
  这个图想讲的就是从变流器的发展趋势大家可以看到,肯定容量是不断增大,甚至前面有专家也讲到,未来的容量可能对变流器是8MW、10MW,甚至有的预测可能到2025年会到12MW。
  说完变流器再讲讲变桨技术,原来的柜体很多,有7柜的、6柜的、3柜的。电机方面有直流、交流。电压等级以前一般都是低压的方案,大概60-100的范围,这个方案带来的不好就是功率一定的情况下电压低流动就大,电网都比较粗,布线工艺相对来说比较复杂,还有成本也很高。随着现在大家都对空间的要求比较高,机组容量不断增大,叶片不断加长,对于变桨来说电机容量也不断增大,如果还是原来低压方案,可能做的尺寸会非常大,而且布线也有很大的困难,后来大家就推出常压的方案,就是400V电机的方案,电流就会小很多,电流尺寸,空间上都能有很大的改善。从后备电源来讲,有蓄电池,比如多的就是铅酸蓄电池。还有超级电容,超级电容的寿命比较长,充电比较快。
  结合上海电气我们自己也在开发我们自主的电缆系统,为什么我们要做这个事情?其实也是目前大家都在讲智能化风机的控制、独立变桨、整机载荷控制优化、故障精确定位等功能可以大大提高机组的可靠性。这些功能的实现需要变桨控制系统的高度开放。
  后面说一说目前的控制技术,控制对象因为在座的同行都比较清楚:变桨、变流器、辅助部件。从控制变量:功率/转矩、转速、桨距角。控制方式是闭环控制、开环控制,从控制柜位置也分机舱柜、塔底柜。随着集成的提高,塔底柜慢慢也都没有了。
  这里面现在大家都在讲风机的智能化,上海电气也推出了我们的智能控制系统,其实这个也是顺应客户的一些需求,主要是从几个方面,一个是提升发电量,二是提升稳定性,三是提升风区适用等级,四是拓展发电风速区间,五是延长承载部件寿命。
  最后是我们的监控技术,目前的监控技术主要是分成四块,有SCADA系统、CMS、视频监测、远程集控。这是目前的情况。
  二、未来趋势。
  还是从这几个部件来谈谈,从发电机的技术发展趋势,前面讲肯定是大容量,再一个就是可能我们觉得还是会有多并联的方面,因为慢慢我们开始从陆地走向海洋,希望有一些并联方案,再一个就是结构紧凑,因为随着大家对载荷逐渐的降低,还有对空间位置的限制,希望电机做得结构紧凑。再一个是超导的,超导技术其实现在也有很多都在研究,我觉得这个可能也会是一个方向。
  这里面还是引用一个ABB的图,它提出将来可能是高速电机会是一个主流,但是这个东西仁者见仁、智者见智。从未来电机发展趋势来说,我们觉得双馈机组跟直驱肯定是并存状态,随着我们从陆地走向海洋,可能将来直驱还是一个主流的,因为大家知道西门子海上风电超过市场一半的份额,其实配的就是他的7MW,未来1-2年3MW机组的成本可下降3-5%,但是这个降成本肯定是降固件的成本。比如说有的研发,他选择的器件可能可靠性高一些,价格贵一些,但是将来的维护成本会少一些,综合来看他的这个成本会低一些。
  再一个就是变流器技术未来趋势,我觉得还是大容量、中压、电网适应性、调频、调压、高压柔直输电。低压、中压我这个就不讲了,前面有很多专家已经讲的很专业了。
  再一个是变桨技术未来趋势,一个是深度集成,从7柜到6柜再到3柜,会不会将来还有更高度的集成,不断也有厂家在提到,你看我的东西现在越来越少,很多东西都集成到驱动器或者是哪个模块中去了。再一个是常压驱动器,还有大容量、独立变桨。
  最左边的是MOOG做的方案,做了一些独立变桨的控制,提供的就是一个一体化的解决方案。我们觉得智能独立变桨控制技术是变桨控制的发展趋势,主要是通过检测桨叶载荷引入整机控制模型,独立调节各桨叶节距角,以减少桨叶拍打、塔架阴影、剪切风对风机影响,从而提高风机工作稳定性。
  控制技术未来的趋势,前面瑞能的赵总讲了三个性,感知性、适应性、进化性,其实我们也差不多,我觉得是自适应、多机协同、前馈降载、预测控制。
  这里面讲讲对我们控制技术有很大帮助的一些感知技术,最左边就是激光雷达的测风,可以测到前方甚至可以到100m的风速,就可以让我们提前感知,就像我们开车一样,我提前知道哪里有弯道,哪里有障碍物,就可以提前做一些应变。中间的是轮毂导流罩超声波测风,它能感受到轮毂中心的风速。再一个是超声波测风仪,它已经突破了常规的风速风向,还能够测温度、湿度、气压,后面这三个参数有什么用呢?如果说我知道它的温度跟湿度,我也可以通过这种模型得出它是否会结冰。比如说这个温度特别低,湿度特别大,我觉得这种情况可能就是一种结冰的模型。还有就是如果知道温度、气压、湿度,还可以计算出空气密度,大家熟悉空气控制系统来说,知道了空气密度就可以优化之前稳态的计算模型。所以说这些感知技术都是在推动新的控制策略不断优化。
  监控技术未来趋势将来肯定还是基于云平台、大数据、远程集控、基于风机的全生命周期进行数字管理。
  在这里我想简要介绍一下上海电气也推出了智能监控平台,因为我们是在2014年下半年的时候立项,到现在应该两年时间不到,其实之前规划就是说有这么10个模块,其实已经有几个模块开始上线了,有智能监控、健康管理、风资源、知识库。
  监控模块就是为了适应云平台的技术,解决原来大量数据传输的问题,现在就是说风场接入到集控中心,这个已经不是问题了,而且我们也接入了一个全国单体风机最多的工厂。左边这个图可以看到我们可以结合现在的信息,都可以精确的对每一个风场进行定位,同时也可以把风场的监管数据,通过一页的主界面展示出来。
  这个就是智能监控模块下的视频监控,是我们自主开发的,把传统的视频监控跟现在的智能云平台做了一个很好的结合。不光能够降成本,而且还能够提高管理效益,对于顾客来说不需要好几套软件,我只要一套软件,我想看视频就看视频,想看数据就看数据。
  这个主要是讲监控模块一个是单机的界面,跟传统的没有太大区别,包括还有监控模块的一个报表界面。再就是监控模块也有对风机的健康值进行预测,我们有了一些数据以后,就像人一样,有了体检的数据以后,比如说你的指标每次检查出来了,可能就会告诉你你有一个什么样的趋势,可能是怎么样的,我们会做一些故障的预警,然后提前做一些预防性的保养或者是维修。再一个就是风机的故障界面,这个故障界面跟大家都很熟悉,大家现在都基于故障处理的一些库,总结出这些专家库,将来碰到一些相似的故障,解决方式就可以跳出来。
  还有知识模块,以前我们打印出来的纸或者文本都非常厚,将来可以非常快速的下载文档资料。再一个是风资源模块,为了推这个东西就是让我们的客户在工厂有一个投资预期的模型预算,看市场是否有投资的价值。
  三、展望。
  第一我们也是结合DNV GL预测,他说未来单机的容量会到12MW,风轮直径会到200m,基于这个发电机、变流器、电变桨等电气部件功率容量也会逐渐增大。
  第二是先进控制策略,基于现在感知技术的不断发展和引进,激光雷达测风技术的成熟应用,控制技术将会由被动反馈控制转向主动前馈控制。还有风电场内风电机组之间协同控制,使尾流影响更小。
  第三是其他电气技术,我们觉得将来肯定还是基于风电机组全生命周期的LCOE的模型,进行优化和创新的设计。基于数据中心平台,不断进行风电场、单机和零部件的性能优化。
  这就是我的简要的一个汇报,谢谢大家!
 
[ 观视频搜索 ]  [ 加入收藏 ]  [ 告诉好友 ]  [ 打印本文 ]  [ 关闭窗口 ]

0条 [查看全部]  相关评论