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中国海装陈鹏: 因地制宜 针对大基地的定制化风场开发

北极星风力发电网  来源:能见App    2020/10/16 10:37:43  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日下午召开的风电大基地十年回望分论坛上,中国船舶集团海装风电股份有限公司市场支持中心制定方案部经理陈鹏发表了《因地制宜,针对大基地的定制化风场开发》的主题演讲。以下为发言实录:

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陈鹏:各位领导、各位来宾,大家下午好,很高兴能在这里和大家分享一下我们在大基地建设的一些思路和解决方案,首先我们认为大基地开发主要是两个阶段,一个是标准化风场开发的模式,这种情况下根据整机厂根据标准开发对应的基础,风场开发是根据整机厂的一些机型情况进行开发,也就是我有什么风机你开发什么样的风场,后面一段时间就是适应性风机开发的阶段,整机厂开发一些对应的风机,但是在大基地开发的时候,有些是不满足的,机组要对应一些适应性的优化,我们认为后面的阶段应该是定制化风场开发的模式。

首先来讲一下适应性风场分析的特点,主要是五个阶段,第一是可研阶段,这个阶段是设计院根据业主的需求对项目进行一些可研的制定,但这个阶段有个问题整机厂是不参与的。

第二个是方案投标的阶段,也个解决整机厂根据可研或者业主的需求,制定一个相对经济的方案或者说一个相对最优的方案进行投标。

第三中标之后整机厂根据对大基地项目的风资源或者其他具体情况进行了解之后,进行一些平台化的优化,但目前这个阶段现在主要也就基础和塔筒的优化,像整机零部件优化是很少的。

后面是订单化的供货和吊装运维阶段,这个阶段有几个局限性,机型上的局限性,在可研阶段往往最新机型都不是最新的机型,短的几个月,长的一年的时间还有很多新的技术,在可研阶段是没有出现的,比如现在大机组很多独立变桨技术都已经标配了,但是前面做可研的时候不会考虑整机有新的技术;然后是进度的局限性,根据中标之后进行优化,是很仓促的过程;再就是质量的局限性,由于一些平台化的优化,它的验证改了之后,基本上没有经过验证,是直接上的过程,所以出来的结果机组不一定是最优的,很多东西都没有优化到最极限,所以说经济也存在一个局限性的问题。

下面是我们希望后面解决的开发模式,就是定制化工厂开发模式,业主会要求整机厂进行技术交流,首先确定一到三个合作单位,制定总体要求,从项目可研阶段开始深入大基地开发,第二个是业主、设计院和整机厂形成一个联合的办公小组,一起对项目痛点难点提出解决方案,最后是根据一到三家的合作单位定制化的情况,把成本降到多少,整体的收益率的情况确定各家在这个大基地的比例,但是这个比例肯定在第一个阶段都已经确定了基础,加上激励的方式。

最后就是一个项目执行的阶段,我们认为这种方式有几个优势,首先是发电量更优了,更早介入做定制化的设计,它的整机成本或者是发量等等都是相对更优,而且更早的设计,有一定的时间对它的设计进行一些验证或者是测试,这样做出来会更加的稳定和可靠,而且由于是定制化的时间,它的基础或者整机的成本相对来说都会更低。规划的时间相对于前面更长了,把规划的设计和设计的时间、优化的时间合在一起,后面建设的效率会更高,同时由于是一个定制化的平台,它的扩展性会更好。我们把定制化风场开发分成两部分,一个是风场定制化一个机组定制化,各有五六个关键点和突破点,当然也有一些不全的。

风场定制化,第一个是宏观选址,中国地大物博,哪里适合开发风机,这个在前期宏观选址阶段就要选择最优的区域,这也决定了开发的成败,中国海装和国家气候中心合作建立了一个LIGA平台,提升了4个高度层的全部模组数据,经过几年不断的优化,能够为客户提供相对准确的风资源情况,确保选择最佳的风电开发区域。

第二个测风塔, 总结几个点,一个是大基地开发在山地区域测风塔,建议选择高中低三个海拔的特殊区域增加雷达的补测,确保无死角的测风,平原区域一塔就可以决策,但是建议两塔或三塔能够降低很大的风险,但是现在叶轮测风塔、虚拟测风塔,加上激光雷达多种方式的组合,能够有效降低项目的建设风险。

第三个关键点是风机排布,根据资源情况,建议主方向选择8D,大于3D,因为大基地开发的时候建议在三四排后面增加一个大于14D的尾流恢复区,这是通过仿真模拟出来,大概在14D之后尾流会恢复到一定程度,不再对后面产生很大的影响。

下一个是道路和接电线路规划,占风场的比例是不容忽视的,我们也通过自动网格的生成技术,把道路涉及到的地理要素进行离散化、捕捉风电场的接入点、厂址条件、敏感区、已有道路和坡度等地理信息,结合限制条件形成道路设计寻优网络,在此基础上利用最小生成树算法实现道路最优。

下面谈谈机组定制化,首先是定制化的载荷计算,每个大基地上百台的机组,各个机位点不一样,如何确定我设计出的风机能够覆盖所有机位点,是不是把所有机位点进行载荷计算,我们的思路对所有机位点进行计算,与DNV GL合作开发了一个SAT软件,能够进行逐机位快速载荷计算,提前建好一个数据库,同时也能根据机位点山区的风资源条件,制定一些对应的策略,载荷出来之后选择一些具有典型的机位点,用它的载荷作为定制化零部件设计的载荷输出,确保机组安全情况下,充分利用现场风资源调整降低资源的整合。

第二个是叶片模块化设计,目前我们也在尝试把叶片分成模块,作为风能主要吸收的单元,它的成本基本上占整机成本20%到30%,现在随着叶片越来越大,现在尝试把叶片模具分成三段设计,这样针对不同整机厂,可以进行切换,第二段主要气动部分是共用,第三部分叶间部分,根据设计风驱的强度,设置不同长度的叶间模具,这样一整套模具可以同时生产不同长度的叶片,同时不叶根结缘,还可以生成不同强度的叶片,对这个模具的充分利用,能够降低叶片成本的同时,也能保证叶片充足的供应,不同叶片长度可以适应不同的风区,对风资源进行综合利用,提升整体的发电量,还有创新结构设计,不同结构设计能够满足不同强度要求,保证叶片的安全。

第三个是结构件优化,建议以风场最大的资源设计一款通用的结构件,因为机位点计算出来载荷的差异,优化出几款结构件,最终根据机位点载荷方向确定用哪款,现在目前尝试基本上分两个梯度和三个梯度,比如一个机架,有可能在一个相等里面,一个平台一般采用两个强度或者三个强度的机架。

然后是输出方案,首先发电机的输出,现在我们有四种输出模式,第一个是3000伏和1140伏的低压,随着输出电压的等级,整机发电成本是一个增加的成本,电压等级越高,对风场输电的成本是降低的,我们要达到它的平衡,建议后面在设计的时候把风场、风机输出方案进行联合的设计确保相对最优的方案。第五是塔筒定制化,这是我们把塔筒设计方面计算模型进行融合之后,建立了自己的一个塔筒定制化平台,能够快速的进行塔筒的设计,这个图可能看的不清楚,大概在163秒的时候就可以完成一款塔筒的设计。

目前风场定制化开展比较少,所以我现在分享一个机组定制化的工作,这是我们做的一个30万千瓦的海上项目,首先是对它的风资源进行确定,介于机组设计风区和风场最恶劣的一个条件,中间选择一个定制化的取值空间,这个海上风场几个机位点差异是较小的,湍流也是取了一个机位点包落的强度,定制化的载荷优化,通过风资源的条件,降低它的极限载荷,降低塔筒和叶片的载荷,叶片降低之后可以对叶片结构进行优化,达到一定的减重效果,最后减重之后的模型再拿到整机里面进行迭代,能够再次降低塔筒和叶片的载荷。同时通过控制策略的优化,来降低固定轮毂和塔筒的载荷,最后降低之后的载荷对龙骨和机架进行一些减重。

支撑结构一体化设计,通过各种强度分析和一些校核,最终通过循环叠加设计出来一个最优的基础,一个是导管架的基础形式,在设计出对基础具有一定的减重,同时由于这个项目地理条件、水深和海底、海床的情况,选择了30几台单装和30几台导管架的方式,最终为业主降低了0.6个亿,为主机厂降低了0.6个亿,最终收益率也提升了0.36%的水平。30万的海上项目能够通过定制化的项目降低1.2个亿,现在后面越做越大,50万、100万甚至陆上更大的风场,降本的空间还是有的,所以说风场的开发仍有降本空间,平价大有可为,谢谢大家。

(根据速记整理,未经本人审核)

现场直播链接:中国海装2020北京国际风能展

云参观 | 2020北京国际风能大会暨展览会

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