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高塔技术助力分散式风电平价上网

北极星风力发电网  来源:北极星风力发电网    2020/10/15 13:59:49  我要投稿  

北极星风力发电网讯:2020年10月14日,浙江运达风电股份有限公司技术中心副主任罗勇水在2020北京国际风能大会暨展览会(CWP 2020)上作了题为《高塔技术助力分散式风电平价上网》主题演讲。

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以下为发言实录:

罗勇水:大家好,很高兴和各位朋友一起交流学习。前面几位朋友做分散式风电更多维度从行业解决方案和如何提供整套方案的角度,而我更关注于产品,一个高可靠性的产品如何助力分散式平价上网,所以我研究题目是“高塔技术助力分散式平价上网”。

分散式风电高塔技术分为三块,第一高塔技术发展需求,柔塔安全关键技术,随着塔架越来越高,为了追求低的ICOE,柔性塔安全性行业非常关注,这块如何形成有效安全技术是行业的重点,第三超高塔架未来展望,随着行业需求以及技术发展,160米甚至180米更高塔架如何提供技术支撑和产品解决方案。

第一块做了风电评价的参考,相当于针对中国大陆地区平价从各个省脱硫电价返算,以及各个省开发投资来算,这里提到几方面。第一相对来说绿色区域是平价区域,平价市场来了以后像狼来了以后还能不能胜出,能不能推进整个市场,各个省份如何做好平价有一个返算。黄色区域有部分可以做到平价,红色地区是部分可以平价,也需要相关技术和相关产品来突破支撑平价市场,所以说这一块想给大家引出来,中东部地区有些省份相对容易,但是有些省份在技术和产品这块需要有一定突破和支撑。

所以针对中部平原也是分散式发电主要区域,中部平原风速低、切片大,高塔技术因为市场需求以及产品竞争力所带来的,从右下方2015—2019年公开可查询数据,新增容量是非常大的,中部地区累计装机容量,从这两张图可以看到中低部是整个风电厂新增容量非常重要的一块,这是一。第二在整个中低部低风速地区,我们如何做到一个解决方案,其实大家看右上面一张图,纵坐标是SOE,横坐标是轮毂中心高,更高的塔架和相关产品技术是提供最优ICOE的途径,这张途径根据成熟140途径做,如果160和180技术做,如果160以及180技术做的更好,而且产品提供更大竞争线的话,整条曲线还可以做的更低,从这个角度为平价市场提供很好的支撑。

从刚才讲到高塔产品可以从两个维度,左边那张图是2019年新增风电机组轮毂高度的分布,常规塔架90米占比比较多,在100米、125米、130米、140米,相当于120米及以上高塔市场,140米占比是非常大的,这是从轮毂的维度。从右边这个维度是现在行业主力机型匹配轮毂高度,也可以看得出来140米现在来说高塔这块绝对中流砥柱,140米目前行业能提供一个是柔性塔架技术,第二是混塔技术,这两个技术对于行业都在使用,相对而言柔性塔架技术在行业装机容量更多。

所以针对于市场需求以及目前140米在行业里面应用量以及技术特性,所以说下一张关于柔性塔架安全关键技术的介绍,柔性塔架大家通常理解的,高塔在扭腰,仔细看它晃动非常大,而且停机状态下,柔性塔架最关键两项技术,一项是共振穿越。我们可以简单看一下,钢性塔架是指一级固有频率1—3级之间,柔性塔架指固有频率低于1P,跟1P需要交叉,交叉点是共振点,这是运行过程中。第二涡激共振技术及抑制研究,涡激是一个动图,相对来说大家前一阵子包括行业虎门大桥或者相关都了解过,所以在涡激这一块设计范畴是非常广的,从调光阶段、整机并网前,整机并网20年之内风电厂断电怎么处理,偏航故障怎么处理,大部件维修,排放编辑怎么处理,它需要的是整体的解决方案。

针对共振穿越技术这块,右下角这张图大家可以看到在中间有一段是塔架固有频率,跟1P提升过程中交接处,我们提出快速穿越转速的共振技术,柔性塔架本身钢度的下降,同样的推力下威力肯定变大,相应其他振动也会提升,所以说我们提出来塔架主动控制技术、动态推力削减技术和载荷最优停止控制策略技术,这些技术支撑机组平稳运行,同时在安全情况下提升最好的发电量。

而对于第二块就是涡激技术,从分析角度看,这个阶段大家可以看到左边是结构模态的分析,这是吊装阶段有涡激风险,运行阶段有一阶、二阶前两阶的运行风险,行业朋友可能会知道现在机组停机状态下没有并网前,叶片涡激跟塔架涡激耦合共振,叶片和塔架两个涡激在一起会形成更大的涡激,所以叶片涡激远远大于塔架的涡激,我们有大量数据进行分析的。

从叶片脱落涡的选择、叶片的距离这些都需要深入分析和研究,从技术研究角度从激发风速、锁屏现象、耦合共振的等原因分析机理侧。

既然研究了机理侧,我们怎么样处理这些问题,发现了问题怎么解决呢?所以在这一块,首先吊装阶段相对来说是行业大家在应用也是比较成熟的,比如采用抗涡激或者扰流条,一个项目从吊装完到并网是有时间的,这时候如何保证机组的安全,刚才跟大家介绍过了,这时候机组涡激风险还是非常大的。第二并网生命周期有20年的运行,20年大部件维修怎么办,作为涡激来说跟风向90度,偏行会有故障、机组会断电、大部件会维修,风向偏行理论上可行,实操性不行,因为太多不可控因素,对于机组断电、偏航故障、大部件检修、维护维修测试,这些方案以及台风来了之后,很多地方直面台风是要停机的,这些情况下我们该怎么处理呢?所以提出了运达抗涡激的运行模式,不增加任何成本情况下,我们可以让机组自动调整到一个姿态和一个角度形成抗涡激的方式,这个涡激进行大量测试,同时相关发明专利申报,各方面支撑知识产权。

如果是采用这种方式不需要成本增加,而且是机组自响应不需要人工参与这种方式,如果是主机器或者其他方式,成本、安装、维修都会增加,这个方式会更可靠。

同时针对刚才提到这个方式进行了大量的测试做支撑,从结构的主流,形成振动几方面,第一顾有频率,它的频率跟激励频率锁屏现象研究,以及锁屏激发风速研究。振动起来锁屏什么状态,锁屏取代政府和各方面能不能快速得到响应。第三本体控制策略有效性,所以右边有抗涡激的效果图,刚开始的振动,开启这个模式振动力马下来,有效支撑模式的运行。

第二指二阶,刚刚讲了一阶的形式,一阶这样混,二阶是中间混,二阶在目前研究领域以及相关大批量应用提供阻尼的方式,有TLD和TMD两种模式,理论上可行还需要考虑工程实际,所以采用特殊的方式,塔筒厂内预装的形式,我们在塔筒厂完成了工作,后面工作是免维护的方式完成效果。右边效果图可以看到加阻前和加阻后,这个范围可以提高80%,取决于不同项目进行定制化的设计,根据不同项目涡激风险性可以进行好的解决方案、调配和针对性设计完成安全。

所以柔性塔架的运行给行业带来更好的解决方案,同时它的安全性和高可靠性也是行业需要关注和重点研究的一项技术,所以在这一块两方面研究保证产品高的可靠性。

除了大家介绍交流的140米,现在行业正在做如何高可靠性的技术,其实更高塔架会提供更好的ICOE,更高塔架对于技术上也是要求新的技术变革或者新的技术支撑。左边这张图大家可以看到这是趋势图,现在塔架往更高走这是行业趋势也是发展趋势,但是右边这张图是什么意思呢?柔性塔架的高度增加会带来很多不可预知的风险,这里给大家举一个例。

目前测风基本上都是0—200米的高度,200米以上有高空激流,高空激流跟风期变不是一个概念,所以在200米以上如果塔架更高,加上叶片在200米以上高空激流我们研究和技术怎么突破呢?所以说对于运行条件更恶劣,尤其是高空激流如何处理呢?以及塔架高了之后整体钢性下降,它的阻尼更小、运行风险更大。所以柔性塔架140之后,整个行业150、160甚至更高,柔性塔架虽然大家在研究,整个产品推出比较慢,更高之后风险性不是直线上升而是几何上升的方式,柔性塔架安全性和风险性也是行业需要注意和控制的。

对于更高塔架的方式不局限于柔性塔架的方式,这里提出来现在钢制塔架占比非常大,实际上到更长一段时间,混凝土塔架或者其他塔架占比也会提升,从这方面大家可以看出来,包括现在已经有的分布式塔架等等在行业推广和技术研究的一块内容,从混塔、分片式钢塔、分片式混塔,这是行业里有样机和相关技术在做支撑和发展的。

对于这块运达结合目前的情况,我们提出了运达166米混塔的方案,第一安全性高,且20年免维护,箱变内置,减少征地投资,高度可变,160—170,不同项目可以匹配不同机型和分轮直径匹配不同经济性。

20年免维护,一个塔架维护工作主要是螺栓,本身螺栓连接是需要禁锢,塔架本身维护工作很少,混凝土塔架由运力锁力检测相对平稳,会随着风速的波动或者温度的交变,因为混凝土有热胀冷缩有一定变化,整体趋势非常平稳满足预期,所以这个状态下以及设计之处满足了数据特性,所以提出20年免维护的特性,混凝土塔架本体方案不需要研修和维护运力锁。

箱变都是属于机组外的征地,第一解决征地,把箱变放到塔筒变流器以下,要解决三个问题,箱变在封闭环境下安全性要考虑,要把箱变内置为单台机组节省不少成本,这也是助力平价时代。第三模块化配置,高塔架可以匹配运达3GW、4GW的平台,匹配不同分论直径、不同机组搭配高度提供更好平价解决方案的市场,从这两个平台可以看到是三电屏,电器方案稳定性更高,第二成本更低。

第二分轮直径是可变的,我们利用三兆平台可以从156—164,四兆平台156—175,我们都可以匹配不同的市场来匹配不同的叶轮直径,同时他们高度是可选的,以及机舱的重量,微微作为专项去提呢,低成本要求轻量化做设计,轻量化和高可靠性要捆绑在一起,单千瓦少于30公斤是什么概念呢?我是3.3的机组,我的重量小于100吨,也就是机仓3.3小于100吨,4兆瓦也就是110多,我们在轻量化做了相关工作同时也有技术研究,解决方案匹配助力分散式上网风电的情况。

谢谢大家!

(根据速记整理,未经本人审核)

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