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中国船舶重工集团海装冯煜:只有增大风机功率才能带来发电量的提高

北极星风力发电网  来源:能见APP    2019/10/24 11:31:03  我要投稿  

北极星风力发电网讯:2019年10月21-24日,2019北京国际风能大会暨展览会(CWP2019)在北京隆重召开,大会主题“风电助力‘十四五’能源高质量发展:绿色、低碳、可持续”。自2008年首次在北京举办以来,已连续举办11届,成为北京金秋十月国内外风电行业争相参与的年度盛会。

CWP2019进一步加强了大会的国际化特色,组织了20余场精彩论坛和各类活动。创新剧场-随"新"而动--风电新产品发布会于10月23日上午召开。中国船舶重工集团海装风电股份有限公司研究院副总工程师冯煜出席论坛并作主旨发言。

以下为发言内容:

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冯煜:各位领导,专家,大家早上好,我是来自于国家海上风力发电工程技术研究中心的冯煜。

一提到海上风电大家都有很多共同关心的话题,我和海上风电虽然起步较晚但是发展迅猛,2018年装机180万千瓦累计装机达到460万千瓦,今年有望完成500万千瓦的目标。

但是海上风电的开发存在不少的问题,比如如何保证收益率?如何获取海上风能资源?如何规避潜在的风险?未来海上风电的趋势如何等等。但是有一个问题行业内一直在讨论,但是至今没有一个比较明确的结果,这个问题是什么?我们关注一下,这个问题就是大,国内外风电整机厂商都在研发大型机组,国外10到12兆瓦已经进入研制或者实验测试阶段,15到20兆瓦海上风电机组已经具备概念雏形,但是国外的风资源和我国不太一样,那究竟多大功能适合于我国的风况海况,对于我国来捉究竟是大功能好还是大功率等级好,今天我就用几分钟时间给我们分享一下。

这张图代表了单位千瓦成本发电量和年平均风速的关系。结论一,随着年平均风速的增大,高单位千瓦扫风面积带来的发电量优势逐渐降低,这个怎么理解?我们可以看到随着年平均风速的增大在相同风能的情况下,只有增大功率才能带来发电量的提高。第二个结论,在成本相同的情况下,随着机位数减少,大单机功率带来的发电量更高,这个问题其实很好理解,因为我们假设在统一边界情况下,风电机组单机千瓦的成本一致,建设成本一致,大机组它会减少运输、吊装以及线路等费用。

于是我们可以得到一个结论,在单位千瓦成本发电量最高导向的指引下,单机功率的增大是不可逆的趋势,趋势快慢受限于叶片长度增速和由此带来的整机产业链成本的降速,平衡关系则主要在于风资源、工程成本差占比与额定功率之间的匹配,对于海上风电而言我们还要更多看节约用海的需求。

这张图展示了不同功率、不同风能直径的度电成本变化趋势,我们一方面追求大功率大风能低度电成本,另一方面大型风电机组又会带来超大型零部件的设计制造体系不够成熟成本偏高,这就需要我们考虑当前中国风电产业技术成熟度和配套产业链制造水平的基础上,然后来技术协调,才能找到最佳经济性拐点。

我们都知道叶片是风电机组系统设计的源头,叶片长度基本上就决定了发电收益和载荷水平,国外的研究机构表明7兆瓦的机组需要匹配180米以上的风轮直径才具有一定的经济性,那么180米的风轮直径叶片长度大概达到90米左右,90米碳纤维叶片重量为40吨,常规重量约为52吨,这就需要我们去平衡叶片的长度、重量、载荷、发电量以及整机成本之间的多方面关系。

我们考虑零部件的成本,我们可以建立一个机组经济性的评判指标,我们通过优化单位成本发电量这个指标可以得到不同功率等级下的最优风轮直径。

基于前面的推导我们在做大兆瓦机组的研发时就会有更多的技术、经济指标和参数,比如我们在做8兆瓦、10兆瓦、12兆瓦甚至更大功率的规划的时候,我们就会知道我们开发多大直径合适。

我们回到最初的一个问题,对于我国具体海上风电而言,究竟是大风轮好还是大兆瓦好,我想通过前面的推导分析,我基本上有一个结论,但是大家可能觉得这一个结论还不是一个很明确量化的指标,因为前面的推导还是过于笼统,其实这个问题最想问的是什么呢?就是想问的是对于特定的风电场,特定的风资源状况,全场容量一定的情况下,我们究竟选择多大的机组是最合适的?

其实我们对于风轮直径为170米级、190米级、210米级以及功率等级为6、8、10兆瓦,这样的机组就是最好的,就能满足我们项目的需求。

看完我们技术层面的分析,我们再看看国家的政策导向,众所周知风电产业不仅是战略型新兴产业也是一个政策性产业,风电产业受国家政策的影响很大,在风电发展十三五规划中指出需要突破10兆瓦级大容量风电机组及关键不见得设计制造技术,在能源技术创新十三五规划中提出要开展8到10兆瓦等级及以上的大型海上风电机组示范工程。

那么我们有了目标,有了方向,也有了前面的技术和政策的引导,我们下一步应该怎么做呢?这才是我们大家最关心的问题。

众所周知海上风电和陆上风电大不一样,海上风电投资高,运行环境恶劣,运行困难,那么对于我们的海上风电而言,国外很多厂家都遭遇到沉痛的教训甚至有些破产,有风险的事情我们就必须要用科学方法和科学步骤规避风险,我们海上风电机组必须设计安全可靠,可靠性是设计出来的,是验证出来的,没有验证过的只能是我现在讲的PPT。

过去10年中国海装是这样理解可靠性的,2009年国家海上风力发电工程技术研究依托中国海装成立,2010年我们开始了5兆瓦样机的研制,2012年样机在江苏进行了示范运行,2015年我们开始了风轮直径为171米的5兆瓦机组的开发,机组在2017年在江苏进行示范运行,在此基础上我们通过样机研制,关键技术研究以及创新升级,我们开发了6.2兆瓦系列和5.5兆瓦系列,2017年在中船重工集团的支持下我们开始了10兆瓦机组的立项开发,2018年我们开始了海上浮式风电装备的研制,2019年开始了8兆瓦机组的开发,在昨天的风能展上我们的风轮直径为210米的10兆瓦机组获得了设计认证,这样一条发展之路。

这是华能如东八仙角的布局图,我们两台5兆瓦样机至今已经运行7年,运行效果良好,我们20台小批量阳极已经运行2年,1717型运行小数数达到接近4000小时,创造了全球的世界纪录,并因此获得了2018年度的最佳机型。

另外我们在海上风电低风速、低切换、施工窗口期短、高温、腐蚀、可达性差等关键技术方面都进行了深入研究和公关,经过研发、试验、样机、批量、后评估进行了全流程的验证。

在试验验证方面我们还开展了变桨系统模拟仿真试验、电能测试以及功率曲线测试等一系列试验工作。

在此研究工作基础上我们继承了5兆瓦、6兆瓦的技术条件,我们创新推出了10兆瓦海上风电机组。

这是我们10兆瓦风电机组的一些基本参数,大风轮带来了高的发电量,在年平均风速为10米每秒,年发电量达到了4259千瓦,我们10兆瓦机组是面向IEC一类设计的。

10兆瓦机组采用了同步双驱变桨系统,两点支撑主轴结构等,使我们的产品更可靠、更安全、更智能。

这是我们在昨天风能展上的颁证仪式以及获得产品的认证证书。

根据中国海装的技术演进路线在我们搞研发2兆瓦的时候我们就开始了5兆瓦基础研发,根据市场需求我们适时推出3兆瓦系列和4兆瓦系列,海上风电技术的研发也是如此,我们在进行5兆瓦机组研发的时候我们就已经开始了10兆瓦机组研制,有了10兆瓦这个平台之后我们就可以根据市场需求迅速推出6、7、8、9兆瓦。

8兆瓦机组在10兆瓦基础上,我们采用了将电气设备置于塔顶方案,以及采用独立变桨系统。

首先我想给大家说一说为什么要做海上浮式风电,因为现在近海装机量已经很大了,未来海上浮式风电有需求吗,众所周知海上风电是沿海岸线发展的,我们可以理解成这是从一个一维向二维之间的拓展,这种纬度的拓展就会带来高成本的投资,如何降低这种投资,除了我们前面说的提高单机功率以外,另外一个就是采用浮动式基础。

这是我们中国海装参与的浮动式风电机组的项目。

我们通过载荷联合仿真、零部件安全性校核、控制、运维,单机故障的协调控制技术取得了重大创新突破。

这个项目这是我们进行的试验,验证了该项目的可行性,我想重点说明的是这样的波浪涌在全球并不多见,它为我们开发浮式风电提供了有力的支撑。

我们有了技术研究,有了验证,下一个的问题就是怎么去证明,去哪里示范的问题,这里我想谈一谈我们海装的认识,我们集团现在正在开发面向深远海的浮式结构的应用,包括建立极大型海空港,浮式基地,以及面向海上的旅游观光这些都需要与之配套的人员,我们前面提到10兆瓦机组、8兆瓦机组都可以与之配套。

未来我们希望能够在南海建立一系列海上智慧浮岛群。

这是我们建造的海洋牧场平台,欢迎大家去参观。

未来中国海上风电的三布局之一,10兆瓦海上风电机组,是国内首款增速型10兆瓦海上风电机组、国内首款风轮直径达到200米,具有高风能利用率、高发电量、轻量化特点。

三布局之二8兆瓦海上风电机组,在10兆瓦的基础上具有高发电量以及强环境适应性等特征。

三布局之三,海上浮式风电装备,单一功率小于5兆瓦,适于水深大于50米的海域,可抵御我国五十年一遇的海况等特点。

中国海装通过上述三布局,可以实现滩涂、近海、远海各类海域和海上各类风区全覆盖。

我的分享到此结束,谢谢大家。

(根据演讲速记整理,未经演讲人审核)


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