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主控、变桨系统:掣肘风电产业发展
风电主控系统和变桨系统的自主配套还不尽如人意,包括关键硬件、控制软件等,目前对国外品牌的依赖程度较高,仍是我国风电设备制造业中最薄弱的环节。
风电主控系统和变桨系统作为风力发电机组的关键零部件,保障了风力发电机组的安全、可靠运行,提高了风能利用效率。因此,该领域的技术研发与创新备受业内关注。
20世纪80年代中期,进入风力发电市场的都是定桨距风力发电机组。定桨距是指叶片与轮毂的连接是固定的,桨距角固定不变,即当风速变化时,叶片的迎风角度不能随之变化。定桨距风电机组采用失速调节原理,在允许的风速范围内,定桨距风力发电机组的控制系统对由于风速变化引起的输出能量的变化不起任何调节作用。
20世纪90年代后,变桨距风力发电机组开始进入风力发电市场。变桨距是指安装在轮毂上的叶片通过控制可以改变其桨距角的大小。采用变桨距的风力发电机组,启动时可对转速进行控制,并网后可对功率进行控制,使风力发电机组的启动性能和功率输出特性都有显著改善。目前,国内外大型风电机组几乎全部采用变桨控制技术,并且随着机组容量的不断增大,为了克服风切变、湍流对机组载荷的影响,出现了独自变桨控制,即在实现变桨控制时每个叶片的桨距角并不一致,此种方法能够有效提高机组关键部件的寿命和可靠性。
从我国目前的情况来看,风电主控系统和变桨系统的各个组成部分的自主配套还不尽如人意,包括关键硬件、控制软件等,对国外品牌的依赖仍然较大,仍是我国风电设备制造业中最薄弱的环节。国内企业大多采取消化、引进、吸收、再创新的技术路线,国产化率较低,国产化效果不是很理想,运行状况也不尽如人意,且售后服务备受诟病。鉴于以上原因,国内不少有实力的企业开始了主控系统和变桨系统的自主研发工作,并取得了不错的成果。
“目前,国内几乎所有的整机厂商都已介入主控系统及变桨系统的自主研发。”李博士叹道,“但国内相关的产业链尚未完全建立,自主品牌依然不是主流。”
我国风电产业总体技术水平与国际先进水平还有一定差距,目前虽然大多数风机零部件基本实现了国产化,但这并不等于风电设备整机企业具有核心技术能力。在风机整机的研发和设计上,我国大多数厂家并没有完全掌握关键的核心技术,关键零部件技术大多掌握在国外企业的手中。因为没有关键零部件的定价权和掌控权,很多企业还要交纳不菲的许可证使用费,且被国外出让方限定在狭小的销售范围,无法走向国际市场,无法自主改善产品质量和升级换代,供货时间和周期也无法保障。
目前,我国许多风电设备企业不能有效控制质量,已经付出惨痛的代价,再加上售后服务跟不上,安装在风场的风机频频出现故障,不但发电效率受到影响,还会给电网造成危害。这也导致了我国风电装备制造业产品质量的恶性循环。
从目前的运行情况看,国内风机在主控系统和变桨系统等方面都出现过各种问题,面临风机维修成本大幅增加的隐患。风电场一般建在自然环境恶劣的地区,控制系统和变桨系统在元器件方面、设计方面以及控制操作等方面引发机组故障的概率较大。
主控、变桨系统标准:应运而生
两项风电标准的制定将有效指导风电控制系统设备的研发、制造,对提高我国风电设备自主创新能力和促进风电行业的发展有着积极作用。
我国目前沿用的风电标准大部分是根据国际电工委员会(IEC)标准转化而来,其他国际通用的标准,如德国的GL标准、丹麦的DNV标准,并不完全适合我国的气候特征和地理环境。
在这种背景下,相关政府部门要求尽快开展风电相关产品特别是主控制系统和变桨控制系统的标准化工作。“两项标准的编制过程令人难忘。”李博士回忆道,“自计划项目下达后,各参与单位都积极成立了标准编制组,对标准进行详细的讨论分析,两次编制组会议、1次广泛征求意见和1次审查会的情况,仿佛都还历历在目。”
由中国电器工业协会牵头组建了标准编制专家组,其中汇聚了行业内众多的资深专家。2010年5月6日和7月22日,分别在郑州和杭州召开了第一次和第二次标准编制组工作会议。会上专家们对标准草案进行了讨论,形成了标准的征求意见稿。各参会代表针对目前流行的双馈机组、直驱机组和半直驱机组控制技术进行了激烈的讨论,并针对常温型和低温型的环境因素进行了详细分析。大家普遍认为,在制定国内的风电标准时,应该广泛借鉴和吸纳国际标准,但与此同时,对于国际标准中不适应中国发展条件的内容应及时修正,并应该及时向国际标准机构反馈。
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