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金风科技翟恩地:风力发电机组未来技术创新发展趋势

北极星风力发电网  来源:能见App    2020/10/16 10:05:12  我要投稿  

北极星风力发电网讯:2020年10月14日-16日,2020北京国际风能大会暨展览会(CWP 2020)在北京新国展隆重召开。作为全球风电行业年度最大的盛会之一,这场由百余名演讲嘉宾和数千名国内外参会代表共同参与的风能盛会,再次登陆北京,本届大会以“引领绿色复苏,构筑更好未来”为主题,聚焦中国能源革命的未来。

在15日上午召开CTO分论坛上,新疆金风科技股份有限公司集团总工程师翟恩地发表了《风力发电机组未来技术创新发展趋势》的演讲,以下为演讲实录:

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翟恩地:各位领导、各位专家,早上好,这次会议,昨天企业家论坛、行业领导的一些讲话,应该说给我们风电行业带来了鼓舞人心的士气,今天各大整机商、总工或者CTO在此论坛,从技术角度探讨我们如何去满足和提升每年5000万千瓦的建设,我代表金风科技今天发言的题目是风电新时代技术发展趋势。

经过十几年的快速发展,风电已经跨入了一个新时代,过去20年依靠技术创新,我们已经实现了以下几个指标,第一个是风电的发电效率提高了20%到30%,第二个风电场开发的造价降低了40%,第三风电机组的单位千瓦价格下降了65%。

2020年是“十三五”规划的收官之年,同时也是“十四五”开启之年。在“一带一路”倡议以及“十三五”规划背景下,风电产业近年来保持了平稳有序的发展,成为推动新能源转型的重要手段。进入2021年,中国风电迈入“十四五”的周期,昨天会议也基本上给“十四五”风电发展奠定了一些基调,开启平价新时代。

“十四五”风电发展我们有望进入快速发展,主要有三个方面的特点:一是能源法的修订,消纳保障机制落地、特高压建设加码、分散式机制的突破,都为“十四五”风电发展提供政策支持;二是风电在能源结构上占比会稳步提升,风电储能、制氢、供热等多元化应用场景将逐步走向成熟,为风电行业发展提供新动力。三是短期受宏观经济等政策影响,包括当前电力实际上需求还是下降的,平价、竞价新形势对行业发展提出一些新的挑战。

从特高压建设助力大基地的发展,从机制突破促进分散式发展,从运用模式多元化发展以及行业装机规划预测等几个方面,来展示未来五年,特别是“十四五”期间,风电有哪些趋势。

度电成本是我们永恒的主题,每个整机商技术负责人都背负着度电成本降低,发电量提升,建设成本下降,CAPEX、OPEX下降,度电成本的内含大家都比较清楚,从发电量加上建设成本、运维成本、加上不确定因素,这是度电成本的内涵,外延有电价、消纳、延寿、政策、利率等影响。基于不同场景搭建模型,提供场景化的解决方案,在不确定性中寻找确定。

金风科技提出了一二三四五,一是一个驱动,二是两个要求,三是三大要素,四是四大支撑,五是五大场景。一个驱动驱动是创新驱动;两个要求是高质量发展和规模化发展;三大要素是高覆盖开发、高质量建设和高收益资产;四大支撑是高性能旗舰产品、多维度数字化能力、深度源网融合能力和全生态资产增值能力;五大场景是大基地、平原+山地集中式、分散式、存量和海上风电。

新时代大基地项目和海上项目有什么发展特点呢?第一个特点是两者风速覆盖范围都比较广,以中高风速为主;第二个特点是远离负荷;第三个特点是都需要规模化开发。与此同时,大基地和海上风电也有一些共同的挑战,比如尾流影响评估,在今天的工程师论坛里面也会讲到;机型组合;送出和电价不确定性;高渗透率下电网的适应性,大家也知道最近电网对我们风电提出了更高的要求;海洋、草原、戈壁等环保因素;配套产能的布局,满足交付、建设需求;最后一点是降低全生命周期的成本,迎接平价时代。

集中式(平原集中式和山地集中式)及分散式项目的发展特点和挑战方面。平原集中式的特点,中低风速为主,风切变比较高,点位明显差异;另外靠近负荷。山地集中式特点以中低速风速为主,地形复杂。分散式的特点是中低速风速为主,消纳比较灵活。面对技术挑战,风资源评估要求比较高;最优的塔架高度,我们已经往160米塔架高度发展;最优的施工窗口期选址;电网适应性;噪音、光影等环保因素;降低运维成本。

存量项目的发展有哪些特点呢?第一,这些存量项目基本上都是建在风资源比较好的地方,另外智能化水平相对来说都比较低,早期技术开发,甚至当时连变桨技术都不行,因此需要延寿,需要升容,这也为我们后服务公司提供了非常广阔的市场空间。同时存量项目也面临着挑战,一是机型迭代的管理;二是精准功率预测,提升项目收益;三是全生命周期数据治理;四是部件的寿命精细化管理;五是提升运维的智能化水平,提高运维人均劳效,今年我们加大了对存量这些项目的力度,特别是很多家整机商都有自己服务型的公司,来对存量项目增寿、提效做一些改进。

挑战和技术支撑,针对五大场景,大基地、海上风电、集中式(含平原和复杂山地),分散式和存量,有哪些痛点,面临哪些挑战?

陆上风机是度电成本逐年下降5%;叶轮和功率大型化,更高塔架;开发与迭代周期快;环保、噪音等要求比较高,国内原来说110分贝降噪音水平行不行,特别是往南方肯定是不行,所以叶轮越来越大,噪音是个因素。

海上风机度电成本降低,大型化发展,高可靠性、低运维成本。我们开玩笑讲这两年海上风电建设高峰,未来可能海上技术服务运维会带来比较大的市场影响。

接下来讲讲风机技术发展趋势,陆上风电我们刚才说了有这些要求,带来几大关键技术:一是风机开发必须要模块化,接下去我会继续展示。二是技术发展在控制,这对于几大整机商都是核心技术。三是叶片,特别是新材料、新技术,特别是叶片往百米级发展带来更大的非线性问题。四是主轴承,不说是偏航轴承没有技术,但是与之相比,主轴承目前国家把这项定为卡脖子技术,要大力发展,特别是大型化、智能化。五是发电机、变流器,入电网要求如何达到并网友好,模块化和新材料。六是基础与塔架,特别是海上风电的基础要求很高,基础与塔架在海上风电占比跟风机本身的建设成本占比都是三分之一左右,塔架陆上特别是低风速地区、高气变地区往更高的塔架去迈进。

整机关键技术第一个是模块化,如何缩短产品开发周期及上市周期,满足不同市场场景的需求,降低供应链成本,必须要平台化、模块化去开发。我们简单从机械部件到电器控制部件给大家做了一些展示,如何进行模块化开发,左边这些模块化打造最后这张图,能够快速进行新机组的开发,当前机组开发,虽然技术上有挑战,还有很大是周期上有挑战。我们原来开发一款机组两年,现在一年,对平台化、模块化要求越来越高。

第二个关键技术是控制,控制是影响风机综合性能的核心技术,先进的智能控制技术可以使风机“风尽其有,机尽其能”。我们说控制技术的趋势主要是从四个方面阐述:一是最优风能的补荷技术;二是载荷和安全技术;三是并网与环境友好技术;四是数字孪生技术。

高级降载控制策略及控制参数优化技术,这是我们每家整机商的一些核心技术,从金风科技来讲,我们为了有效降低风电度电成本,并提高风机可靠性开发了一系列基于传感的智能控制技术,包括Lidar智能控制、独立变桨等技术。

因为今天CTO论坛,我们可能大多数是点到为止,更多技术论坛应该在后面细的技术环节里面探讨。数字孪生,通过实时数字孪生模型,可实时获取风机不可观测量,从而实现低成本的复杂感知和控制优化,这一块应该说是整机商在数字孪生技术都投入了大量的人力、物力、财力。可观测量的发电机转速、变桨角度;不可观测量的气动功率、载荷等,数字孪生将带动这些不可观测量代表风机实时控制。

大部件关键技术首先想到的是叶片,叶片往百米级、长轴叶片发展,已经带动了一些非线性技术的要求,首先是气弹稳定,当发展到90米级,金风科技90米级叶片已经挂机及小批量运作,实际上这里边还是有很大的技术挑战,包括叶片的阻力,到底取多少,这都是行业的痛点。主动控制技术方面,如何降低我们的载荷。模块化/分段叶片方面,叶片因为需要模具,模具要花时间的,如何快速迭代,能不能搞分段叶片,及同时要开发具有成本效益智能化技术。

主轴承方面,技术价值和意义刚才已经强调,这是一个核心部件,其设计和性能对风机的效率和寿命有关键性的影响。主轴承特别是往海上风电发展,大家也知道各大整机商海上风机基本上都是依靠国外进口,大部分是从欧洲、日本来进口,陆上风电逐渐实现了主轴承的国产化推动,主轴承这个趋势体现在以下三大方面:第一个是大型TRB的应用;第二是主轴承的标准化;第三个是轴承的智能技术,特别是油脂。

发电机及变流器方面,从直驱永磁电机来讲,虽然说我们国家稀土是一个比较多的国家,但是不可能无穷无尽,因此这个战略资源我们还是要尽量减少使用,开发新型磁性材料的应用。另外就是模块化直驱电机,已经往6兆瓦这个方向去发展了,电机直径很大,会受交通的限制,向模块化直驱电机发展是大趋势,在4兆瓦、5兆瓦的产品里面已经得已应用。

最后谈谈关键技术的塔架与基础,塔架与基础上,特别是好的风资源地区已经变成存量地区,除了大基地在中高风速以上,再往南方发展,中低风速高切变,所以对塔架技术要求越来越高,包括整机稳定性都跟塔架有关,如何能把塔架往160米甚至更高空间去发展,如何能够使塔架震动达到稳定,如何在无级震动避开频率共振,这都是各个整机商必须要去考虑的。金风科技不管是柔塔、混塔、构架式以及新型塔架的设计都在做。另外就是模块化,风电的塔架,到底是竖着装还是横着装,到底是圆形的还是方形的,还是多角形的,如何受力达到最好,现在都在做。负压筒基础关键技术,海上风电技术形式列了八九种,这里边其实特别是现在负压筒最近用的比较多,展开讲都会讲很长时间。最后,未来5年漂浮式技术一定会在中国商业化,深远海的关键技术,现在几家都铆足劲在干。

最后谈一点感受,我们注意到整机商的CTO、总工程师如何带领研发团队定好主攻方向,施一公担忧国内顶尖科学家或者专业人士关注的是金融,金融领域是更高端的人才,没有多少人愿意踏踏实实干技术,所以我们还是要定好我们的主攻方向,另外一点各大整机商、研发推动,像金风科技多则一两千人,少则一两百人,我们的研发团队、工程师国内强调团队协作,不能有个人英雄主义,强调集体,西方是强调个人英雄主义,我们说把这两个能不能结合起来,整个我拿这个做例子,狼的战斗力是靠狼群,群体作战,但是我们说狼群的战斗力在哪里,它是在每一只狼,所以很好的能够体会每一家的研发中心怎么对待这些工程师,作为管理人员怎么样来提升大家工程师的作用,所以我个人鼓励,每一家整机商那些研发工程师提倡他的个人英雄主义,我个人觉得应该鼓励,但是更多强调团队作战,使的我们技术创新,来实现陆上平价、海上平价,实现“十四五”每年5000万装机,从技术上这块是可以保证的,谢谢大家。

(根据速记整理,未经演讲人审核)

现场直播链接:云参观 | 2020北京国际风能大会暨展览会

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