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埃斯倍风电江显平:海上风电实践及未来技术探讨

北极星风力发电网  来源:能见    2020/10/16 14:38:14  我要投稿  

北极星风力发电网讯:在15日上午召开的海上风电工程装备分论坛上,埃斯倍风电科技青岛有限公司总经理江显平发表《埃斯倍海上风电实践及未来技术探讨》主题演讲。

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以下为发言实录:

江显平:各位同仁上午好!很荣幸能够跟大家一起探讨海上风电实践以及未来变桨技术比较方向。

20年前埃斯倍在欧洲开始了海上变桨,那时候海上风机功率只有1.5MW,那时候我们已经认为很大了,第一次出海的时候实际上是非常不成功的,直接把陆地1.5MW搬到海上,在运行过程中发现根本跟陆地不是一回事情,除了防腐和烟雾问题以外,我们发现还有很多问题不一样,包括海底的升压、传送都不一样,故障率非常高,所以不得不拆掉重新做,所以海上风电经过了血的教训。

现在海上功率越来越大,国内最多有10MW,在国际上有14、15MW,回到20年前那时候认为1.5MW很大,现在认为15MW很大了,再过20年是不是觉得15MW是最大的呢,这个不好说。

海上风电除了机型越来越大以外,海上风厂也越来越大,几十台、几百台、几百万千瓦同时形成风厂,离岸距离越来越远,在海上就要有升压站,这不是等同的概念了,20年前是不可想象的。

除了越来越大以外,成本要求越来越低,海上的平价很快也会到来,明年底政策过了之后2020年海上也要平价,海上平价比陆地平价有更大压力,所有这些条件和未来发展给所有风电同行带来的要求是怎么样能够既保证风电高可靠性、高性能的运转,同时又不断降低成本,这就给各个核心部件带来了很多不一样的要求。

对于变桨来讲国内变桨一直属于跟随,早期我们认为变桨能够可靠停机,变桨能够变就可以了,现在越来越多要求出来了,高柔、降载荷通过变桨、通过偏航来实现。抢上浮动式也会给各个传动链带来很大的载荷,怎么能降低载荷,降载荷最后操作都落到变桨上,操作都是通过变桨和偏航实现的,变桨不单单是变桨,变桨是什么呢?是整个风机实现降载荷和平稳运行最后的保证,它成了一个途径,仅仅为了变桨再设计变桨那变桨就落后了,变桨不能够满足未来高柔的需求、大功率的需求、飘浮海上风电的需求,如果到十几兆瓦还用现在方法来做就会出现问题。

不一样在哪里呢?未来考虑埃斯倍是电动变桨发明人,30年前是我们公司发明电动变桨,在德国也是最早供应电动变桨,经过几十年的发展我们认为现在机型越来越大发展趋势下,电动变桨已经超越了液压变桨,液压变桨在原来分体式、分布式、离散变桨设计方案下边,液压变桨在大兆瓦有优势,现在大兆瓦也没有优势了,所以液压变桨和电动变桨这两个技术路线上,我们认为未来国内应该倾向于电动变桨,除了成本的考虑,还有很重要的考虑是供应链的安全性,因为液压变桨核心部件都掌握在外国人手里,这是非常不安全的。所以电动变桨大功率IGBT能够国产化,未来供应链安全是可以保证的,这是第一。

第二电动变桨可以做很多的算法控制,电动变桨可以做很多的功能,尤其是它的响应可以做的很快,如果要通过变桨降风机的载荷,尤其是高柔、海上大功率变桨要做独立变桨,变桨一定要快,快到什么程度不好说,快到最后到导弹垛的控制速度,不仅是一阶的动力变桨还可以二阶甚至高阶,现在有供应商提出更高阶动力变桨,快仅仅通过液压很难做到,液压很难做到两阶以上,它的响应通过物理能量实现,物理能量达到很高阶是很困难,在超高因素导弹落地之前通过液压控制是很难的。国内应该变桨将的方案,液压变桨很难掌握供应链,质量很难做到很可靠。

液压变桨比较简单,飞机机翼就是液压变桨,早期DD导弹也是液压,液压带来很多问题所以现在不用液压都是电动,电动变桨早期的时候是离散式系统,非常复杂,最早从直流变桨过来,直流调速,后来变成数字直流调速,现在不用直流方案了,现在成交流、变频,现在电动变桨有很大的优势,成本优势、功率优势和快速响应的优势,所以电动变桨是未来发展的方向。

大功率以后是不是要有双驱变桨呢,两年前参展提出了双驱的概念,我们发现双驱有它的弊端,双驱成本偏高、故障也偏高,一个风机需要两套变桨,也就是你的故障率一定是正常变桨的两倍,从可靠性的模型来看两台变桨一套风机,除非你提高成本,用更高可靠的设计。另外两套变桨一主一从会降低响应,一个采用位置控制,一个采用钻机控制、立机控制一定会拖慢响应,虽然有好处是能平衡载荷,但平衡载荷就像做1.5MW变桨一样,当时认为1.5MW非常大了,当时也有这个问题,现在再过20年看,现在15MW是不是20年前1.5MW,如果有双驱20年后变成45MW是不是变成四驱,这个逻辑是不成立的,不需要过多的担忧,所以我们认为单驱仍然是未来的数字方向,单驱需要更大功率,更好降载荷的算法,而且单机可以降成本,未来迎接平价,降成本是必须要考虑必须的因素,如果没有经济性,未来所有部件的设计就会被淘汰。

协同变桨和独立变桨,协同变桨是传统方式,三套独立的变桨独立运行,独立风厂和小功率陆地进行上面,这个方式证明也是可以的,虽然说效率不是那么高,最后几个点的效率会有浪费、会有损失,但是还可以,现在机型越来越大,而且分布式风机风厂越来越多,风厂的风况不稳定,切片、垂直风速这种极端风况越来越多,再用原来协同变桨会有问题,如果还用协同变桨遇到基端风况的时候,极限载荷是一个致命的问题,国内的友商有整机商遇到了问题,浆液的轴承使用非常快,是什么原因呢?就是因为极端的载荷、风速的载荷长期作用的结果。

怎么样能够降低风速载荷、疲劳载荷,就一定要分别的变桨,分别变桨不一定非要独立变桨,分别变桨在高柔风机上已经有实践,而且取得了成功,140米、145米的高柔,如果不用分别的变桨肯定是死路一条,风机随时在摆动,如果你用协同变桨那么三个叶片在不同位置的时候受到载荷又不一样,这个摆动会加剧,对于主轴承带来摆动非常大,而且带来安全隐患,有可能叶片会切割塔筒。

怎么解决这个问题呢?国内有的友商客户之一就是采用分别的变桨,有可能某一个叶片故意加个载荷,让它的运行更加平稳,能够让风机的摆动降低,尤其是开桨和收桨穿越控制点,三个叶片可能不是同步开出去,有可能是不同速度开出去,两个快、一个慢,收桨的时候也是,不能像原来做的那样EFC简单粗暴越快越好,那就不行,有可能会倒塔,要慢慢回收,有可能是收两个另外一个不收,故意加一个载荷,这样能让风机稳定下来不摆动,稳定慢慢收回去,这就是高柔不一样的技术,这就带来了分别变桨的需求。

如果你要降低疲劳载荷,延长风机的寿命,在这个概念上现在国际上有两种趋势,有的友商两种同时在做,一种是硬降成本,直接降重量,给供应商供应链降成本,达到平价,或者通过优化设计降低重量直接降低材料成本、固定件成本,或者加上叶片,用同样的塔筒、同样的主轴花更大的功率,2.0扩展2.2、2.3,用这种方式降成本。

还有一种降成本方式是降载荷,所以风电领域大家需要有这么一个概念,降载荷就是降成本,为什么呢?因为降低疲劳载荷风机使用寿命就会延长,风机无故障使用时间就会延长。国内很多风机只能用15年,你可以用20年降低25%的成本,用25年又降25%的成本,所以国外这种趋势比较流行,运用降载荷的方式。

降载荷怎么实现呢?首先测量载荷,你要改善一个东西肯定要度量这个东西,这是管理学的规律,测量载荷未来也是一个发展趋势,现在测量载荷有一连片的技术、光纤的技术,我们公司有一个技术是国际最领先的,一会儿我会介绍。最后降载荷手段还是快速变桨或者快速偏航,给变桨提出需求是独立变桨IBC,IBC对于变桨需求就更高了,在独立变桨算法模块支持下,每一个轴相当于独立电力操作系统自己控制,一阶转速在每分钟15转的频率里调整,如果是两阶每一转要调整N次,两阶要求响应非常高低于80毫秒,超过80毫秒是比较难实现的。

刚才讲到要撤载荷,比较流行的方法现在是用光纤的办法,德国的科学家去年前开始开发Blade Vision的方法,用光电、照相机的方法直接测叶片内部的形变,这种方法能够测出叶片的扭动,叶片的扭动会带来叶片轴承损伤、风机的振动,增加风机的使用寿命。结合叶片的位置和工情况可以逆变出风机三个叶片的风况就是风率、风向,对风机进行控制算法调整起到非常重要的作用,我们已经在欧洲批量采用,国内也有著名的厂家开始在采用,这个应该是未来的趋势,它能提高几个点的发电量,同时大幅度降低风机的载荷。

同时改善功率曲线,这是某一个风厂的实际数据,每秒有时候发出20的点,有时候能发出80点的,业主和厂家不知道原因,因为流过这台风机的风况和测风塔的风况不一样。只有知道了原因,才能知道如何改善。我们称为Blade Vision,前面多次演讲里也提到过,我今天不详细介绍了,因为时间有限。

我要介绍的内容就这么多,谢谢大家!

(根据演讲速记整理,未经演讲人审核)


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