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风电机组技术的发展现状
作者:管理员    发布于:2019-07-19 17:00   文字:【】【】【
  风电机组技术的开展现状
  (一)大型风电机组整机设计与制造开展现状
风电机组技术的发展现状
  1.大型风电机组的开发
  在市场需求和竞争的推进下,中国大型风电机组开发技术晋级和国际化进程不时加快。当前我国1.5~4MW风电机组已构成充足的供给才能,局部机组制造商的5~6MW风电机组样机也已下线。
  目前,国外主要的整机制造商曾经完成4~7MW级风电机组的产业化,8~10MW级的风电机组样机已挂机,欧美整机设计公司均进入到10MW级整机设计阶段。维斯塔斯风力技术公司(Vestas)和德国Senvion公司都发布了将开发200m左右叶轮直径的10MW风电机组的方案,2018年美国通用电气公司宣布将在3年内完成12MW海上风电机组的开发。
  在全球范围内,欧洲海上风电开展起步最早,装机范围占比最高。2017年,欧洲新增海上风电装机量即到达了3GW,迎来井喷式的增长。这阐明欧洲厂商经过多年的理论,积聚了丰厚的设计和工程经历,关于海上风电投资报答微风险控制具有充沛的自信心。
  目前,欧洲6MW海上风电机组已构成产业化才能并完成批量装机,8MW海上风电机组进入样机试运转阶段,更大容量的海上风电机组也曾经开端停止设计。在海上风电机组根底方面,欧洲具备了单桩、多桩、重力桩、导管架等多种款式根底方式的设计、制造才能。在海上风电业务范畴,技术、资金和工程经历的壁垒比陆上风电更为显著,美国西门子公司、西班牙歌美飒集团在该范畴曾经构成了宏大的抢先优势。
  我国已有少量海上风电场投入运转,由于短少海上风电场示范经历,尚未完整控制风电机组的设计开发与整个海上风电工程设计的谐和性,招致占海上风电投资本钱较大比例的根底、线路和变电站设计本钱难以降低,加之机组的牢靠性仍未得到充沛考证,海上风电的投资报答存在较大的不肯定性。因此,需求经过对风电机组控制战略、叶片、塔架、并网特性的深度定制和研讨,完成风电机组与海上风电工程设计的整体优化,防止各部件单独设计招致过剩及糜费,有效降低海上风电度电本钱。
  2.零部件配套
  在风电机组零部件配套方面,我国风电产业曾经构成包括叶片、塔筒、齿轮箱、发电机、变桨和偏航系统、轮毂、变流器等在内的零部件消费体系。上述主要零部件的产量均已居全球第一位,除配套国产整机厂商外,局部零部件也对国外厂商有少量配套。但是,在高性能轴承、油脂、传感器、控制器等方面,国产零部件尚不能完成对进口零部件的完整替代。
  我国风电产业范畴各类零部件在工程应用方面积聚了大量经历,但在设计原理和优化办法、新资料和新工艺的运用、零部件开发过程中的多物理场仿真和全性能考证测试、高性能零部件的质量管控等方面依然存在短板,在机组控制技术和整机、零部件详细运转性能关联性的研讨方面尚存在很大缺乏。
  总体来看,我国风电整机和零部件配套行业不同水平地存在着大而不强、泛而不精的现象,在根底资料和工艺技术方面的研讨比拟欠缺,在长期牢靠性、产品分歧性方面与局部进口产品尚存在差距。多数零部件厂商在思索设计开发和工程应用时多着眼于本身,在系统性认识和产业链深度协作方面仍需求进一步增强。
  3.风电实验平台
  国外风电实验室大多掩盖风能资源评价、风电机组现场测试、传动链平台测试、风电并网仿真等范畴。如美国国度可再生能源实验室(NREL)树立了不同时间尺度的风能资源预测模型、7MVA多功用电网扰动模仿安装、5MW风电机组传动链测试平台等研讨平台,具有国际先进程度的风电/光伏发电设备及零部件的实验研发才能;丹麦国度可再生能源实验室(DTU/RIS?)在风能范畴的研讨包括风能资源评价与微观选址、风电功率预测、风电并网与控制、海上风电、空气动力学研讨和设计、构造设计和牢靠性、遥感和实验、边境层气候与湍流、资料等。
  我国目前仅有局部风电企业建立有本人的动力实验平台,但是测试功用相对单一,不具备公共性和独立性,各厂商大多依据本身的经历、认识和产品开发的偏重点来展开研讨性实验,开放交流显著缺乏。
  2010年,我国在张北树立了国度风电技术检测与研讨中心,借助公共实验场展开了一系列风电设备的现场运转性能和电网顺应性测试,为我国进步产业技术才能和加快范围化开展提供了有效助力。我国合适开发海上风电的区域集中在东南沿海,具有台风、盐雾、高温、高湿等恶劣气候特性。目前我国针对上述风电应用环境,系统性的专业检测技术才能尚未构成,亟需增强相关检测才能建立。而欧美针对海上风电场在建立和运转期间对水文、电网、气候、生物等影响已展开了多项检测研讨活动,并且开发出一系列专用测试设备。
  (二)数字化风电技术开展现状
  随着风力发电市场容量和配备产业的快速大范围开展,风电机组的牢靠性、运转效率、工作寿命等问题开端遭到专家学者们的高度关注。针对这一问题,数字化风电技术,在风电智能监控、智能运维、毛病智能诊断和预警等方面已展开深化研讨探究。
  1.风电智能监控
  我国风电场监控系统主要存在协议不开放,不同的厂商在协议信息中描绘不统一,无法完成互联互通和扩展等问题。这些系统运用的通讯协议构造各异,信息描绘不统一,难以完成互联互通和扩展,即使是同一制造商消费的风电机组,由于电力电子技术、控制技术、单机容量和软件版本的不同,它们具有的控制方式也可能不同,且需求不同的运转参数和调控指令,这给风电场统一调度控制与消费管理制造了很大障碍。
  为了完成风电场中互联性、互操作性和可扩展性,国际电工委员会(IEC)起草制定了IEC61400-25规范。该规范定义用于搭建风电场监控系统平台的通讯原理和信息交流模型等方面,是电力系统自动化通讯协议IEC61850规范在风力发电范畴内的延展。我国也对IEC61400-25规范停止了国度规范的转化与执行,根本完成了风电场的监控运转管理。
  2.风电智能运维
  我国风电设备多运转于自然条件艰辛、可抵达性较差的环境,对智能运维的需求尤为迫切,力图在思索设备牢靠性、维修性、经济性等影响要素的状况下,完成定检、维修、维护的合理布置,以到达减少值守人员数量、缩短备件供给时间和进步运转牢靠性的目的。
  在风电场智能化运维管理系统方面,国外起步较早,适用化程度也相对较高,作为风电场控制系统的载体,GH-SCADA、RIS?-CleverFarm等系统除具有完成传统的数据采集、剖析、展现的功用外,还在功用上集成了风电场优化控制、运转数据剖析、供给链效劳、信息流管理等高级控制功用,已初步表现了风电场智能化运维的理念。
  我国陆上风电场智能化运维程度在精密化与信息化方面与国际上存在较大差距。海上风电场在运维管理的限制性条件、效劳配备、平安请求等方面和陆上风电场存在显著差别,欧洲厂商依据多年经历,构成了海上风电场运维管理的系统性办法,而我国目前海上风电场的运维手腕和理念主要自创陆上风电场的经历,尚未构成真正适用于海上风电场的运维管理体系。
  3.风电机组毛病智能诊断和预警
  我国目前曾经面临大批风电机组陆续过保的现状,风电机组可应用率降落、传动系统和叶片等零部件的性能降落和毛病形成的停机现象较为严重。国内一些科研机构和整机厂家逐步开端注重风电机组安康状态诊断技术,并自创国外先进经历展开了初步研讨,也已开发出一些状态监测产品批量应用到风电场。一些风能应用兴旺的国度,如丹麦、德国、西班牙等具有长期共生、严密协作的风电零部件与整机产业链,并依据大量现场采集的运转数据展开风电机组运转状态评价和全寿命周期评价,将风能资源、风电规划、风电场评价、风电机组设备运转状态与检测结果、风电场运转维护、风电场性能评价等统一思索,用于展开风电机组状态评价、毛病诊断以及经济性运转。
  随着大数据技术的开展,各整机厂商纷繁树立大数据中心并展开了风电机组状态监控及毛病预警的研讨,但国内风电机组毛病诊断技术从整体来看,产品剖析和诊断功用都较为单薄,主要问题在于关于整机和零部件的运转机理与失效形式认识尚不够深化,当前以趋向判别和定性剖析为主,缺乏定量剖析,还不具备整套评价体系及对毛病停止精确判别与预警的办法。
  (三)电网友好型技术开展现状
  随着风电比例的不时上升,出于电网稳定运转思索,我国对风电机组的并网性能也不时提出新的请求,包括低电压穿越、高电压穿越、惯量响应和一次调频等。目前,低电压穿越已成为我国风电设备入网的强迫性请求,对高电压穿越、惯量响应和一次调频才能的请求正在深化论证中,但还没有提出明白的技术指标及测试办法。各个国度都依据本身电力系统的状况,提出有针对性的风电设备入网规范,局部国度的入网规范中对风电的高、低电压穿越和一次调频性能请求曾经十分明白。
  国外设备厂商关于风电机组在毛病穿越中的动态特性、平安极限、机群的互动稳定性、风电机组微风电场模型考证、风电机组微风电场电能质量评价等方面有着深化的研讨并停止了相应的测试,国内厂商则多停留于功用完成,在技术的深化探究和优化方面尚待增强。
  由于我国近年来风电范围增长迅猛,并且在风电大范围并网、传输和运转方面取得了相当多的实践经历和成果,IEC组织将新成立的TC8SC8A“大容量可再生能源接入电网”工作组和TC8SC8B“散布式能源电力系统”工作组的秘书处设立于中国,我国技术专家可以更多地参与到国际规范的制定工作中,展开更为普遍的技术交流,极大地进步了我国风电机组产业在电网接入技术范畴的话语权。
  (四)风电新概念技术开展现状
  除了传统风力发电技术,风电新概念技术也随之快速开展。为满足将来大容量海上风电机组的需求,美国2009年即由可再生能源实验室(NREL)和美国超导公司、东元西屋电机公司等签署协议,结合开发大容量风电用超导发电机,欧洲众多厂商也纷繁介入这一范畴。美国通用电气公司、美国超导公司、德国西门子股份公司、日本川崎重工业株式会社等都已停止了兆瓦级超导发电机的试制和测试,中国船舶重工集团公司第七一二研讨所也已停止了样机开发。
  高温超导电机是一项应用新资料、新办法、新工艺的多学科高新技术,技术难度大,而且国内高温超导电机的研讨起步较晚、研讨经费少,研讨的深度和广度还不够,根底研讨、技术程度与技术手腕与美国和德国相比还存在明显差距。
  风能在近地高度范围内,由于空中粗糙度而具有切变特性,即高度越高则均匀风速越大,因此对高空风能资源的应用在多年前就得到了国内外学者的关注。我国高空风电目前仍处于探究阶段,有少量小功率机组投入试运转,但尚未有商业案例。
  关于高空风力发电,国外的创业公司提出了很多有想象力的计划,谷歌收买了硅谷的高空风电创业公司(Makani),麻省理工学院则投资了创业公司AltaerosEnergies,上述两家公司均设计制造了样机停止现场测试[5]。比照国内外厂商,在高空风电范畴,国外厂商的技术研发起点很高,理论根底扎实,在理论中采用了大量新资料和传感器,在配备设计中均采用可挪动、可放飞、可回收的道路,工程经济性较好,相关于国内厂商有显著优势。