埃斯倍风电总经理江显平：5.0MW-10MW海上变桨技术研究与实践

2017年10月16日-19日，2017北京国际风能大会（CWP2017）在北京隆重召开。在本次大会的“海上风电技术”分论坛上，埃斯倍风电科技(青岛)有限公司总经理江显平先生做了《5.0MW-10MW海上变桨技术研究与实践》的报告。他在演讲中表示，给这个发电厂提供准确的风翼测量，也变向的降低了风机的度电成本，这是未来的变量趋势。如果做不到这一点，我们风电行业还是PK不过火箭、核电。

以下为演讲实录：

江显平：各位领导，各位专家和各位风电同仁，大家下午好。非常荣幸能够代表埃斯倍（青岛）科技有限公司来给大家分享我们在海上风电的经验和我们领先的技术。我分四方面来介绍我们海上风电的经验和技术，首先是我们公司的简介，第二是海上业绩，独有的浆叶风模型测量系统，第四是海上大兆瓦变桨设计及案例。

SSB是一个德国公司，创立与1972年，全球风电电动变桨，第一套变桨就是这个公司发明的，所以这个公司称为“电动变桨之父”。这个就是我们电动变桨之父，1992年他发明了电动变桨，在全球的风机上面分为两条技术路线，一条就是液压变桨，一条是电动变桨，绝大多数采用电动变桨。SSB在全球安装超过三万套的变压系统，接近一千套的海上风机。我们是全球唯一一家提供变桨系统，又提供所有变桨系统的关键部件。那么我们有强大的研发团队，青岛有50位，德国有50位，全球有一百多位顶级专家。

经过我们多年的变桨应用经验，我们发现绝不能用普通工业的部件用在变桨上一定要有专有的定制，一定要考虑到风电特有的非常恶劣的环境，振动、温度，尤其是它的电网波动，一定要有专有的设计。否则既影响可靠性，影响发电效率，同时又极大的损害安全性。

埃斯倍在全球海上风电，我举了一些例子，我们安装有超过500套，接近一千套的变桨系统，从最早的海上1.5兆瓦，那么现在最大已经到8兆瓦，10兆瓦都已经开始在设计了。

这是其中的一个实例，国内东海大桥3.6兆瓦表现十分稳定。

下面我介绍一下整个风电行业，刚才我看报纸上提到风电期刊提到说大家都在提到智慧型风机，数字化。短板在哪里，应该说如何给每台风机时时准确的测量它的风况，是目前很难的。如果不能时时的测量风况，每台风机如果基于整个风场的集中测量带来的误差非常大，严重影响发电效率，增大风机的载荷，降低风机的寿命，在目前低风速的风机上面反映非常突出。下面有几个例子。

这是一个实际的例子，那么在一个风场总有这么一台风机是低于它的设计功率曲线，但不知道原因。按照它的设计功率曲线，应该能够满发，或者发点80%，但是它只能够发到20%，50%，甚至更低。这种情况非常普遍，在某一个国内的集团公司有超过70%的风机全年统计下来都是低于它的设计功率曲线，有30%严重低于设计曲线，发电不足，但是不知道原因。功数足够高。经过仔细的分析这是一个其中典型的实际功率曲线，设计很理想，但是实测出来误差非常大。最高可以发到90%，甚至超过90%，最低甚至不到20%。同样的风速为什么会有这么大的差异。这个就是目前风电行业技术上的最后一个短板，主要的原因就是来自这个问题？目前我们指挥风机的基础数据的来源，包括它的分工参数主要来自于在机舱尾部单点的测量。但实际上风机的扫风面积很大，外延决定了大多数，恰恰是在外延实际风向我们不知道。我们往往是用其中某一点的测量，在机舱尾部某一点的测量。在机舱尾部单点的测量来决定整个风机的参数，这样是非常不准确的，尤其是你把风机装在山顶上，风可能从山坡上变成了垂直向上的垂直风，从下往上的，可能会有风切片，可能会有湍流垂直切片，浆叶在上面和下面的风速大不一样，左右大不一样。你是用上面的风速来决定角度和用下面的，还是用中间的还是用平均值，是一个非常大的难题。为什么现在大家都在摸索怎么样给每一台风机时时测量它的风速、风向，和它的切片、湍流、垂直速度。

有什么办法呢？简单的讲就是雷达，光学雷达，我们称之为雷达。但是雷达最早的设计，现在成熟的产品都不能用在这样的环境里，它会很容易损坏，而且极其昂贵，不具备经济性。怎么样解决提供一个有经济性的方案呢，埃斯倍通过五年、六年的首席科学家经过六年的努力，我们找到了一个办法。就是这个办法，光学的办法，现在市面上流行的办法光线办法已经两年了。我们是利用光学的办法，减少弯曲、扭曲、振动，配合调变桨的角度。然后同步测量出整个扫风面的浆叶的变形，通过变形，通过专家系统再反回浆叶目前的风速、风向、切片、垂直切片、湍流，旋转主力还有垂直速度。这七个特征量非常的重要，是目前我们最需要的七个特征量。为什么这个时候风机不能满发。一个一台风机或者25台风机，总有那么几台都处于这样的状态，这样你就可以解释原因。有可能是前面的风机有影响，有可能是立在山坡顶上，风吹到山坡上风是垂直往上的，发不了电。

怎么样有最佳的变桨，既能够提高发电量，同时又能够降低载荷，在低风速地区尤为突出，在海上风电也很重要。海上风电现在功率等级越来越高，我们现在大家认为5兆瓦是最优机型。国内的同行已经在开发7.5甚至8，甚至10，未来几年也会是十，这么大的风机其实就是很大发电厂。给这个发电厂提供准确的风翼测量，也变向的降低了风机的度电成本，这是未来的变量趋势。如果做不到这一点，我们风电行业还是PK不过火箭、核电。

我们这个系统，可以为独立变桨，首先是独立变桨降载荷提供前面的浆叶分析，这是最起码的测量，最起码的功能。第二同时能够提供覆盖整个浆叶扫风面的特征信息，虽然它是被动的，但是能提供有经济性的方案。

第三就是能够精确的探测偏航误差，自己测量变桨的角度。

第四还可以在结构和空气动力两个方面监测浆叶健康状况，是不是有裂痕，是不是有结冰。这种方式的分辨率比光纤还要多一个数量级。

另外就是浆叶风模型观察系统低成本，光纤方法相当。并且可以安装在浆叶的内部，容易安装、维护，受环境影响比较小。遇到大雾天气也不会影响性能，如果安装上雷达，是不是得天天找人上去清洗，遮挡就影响光的吸收率，接受率，受环境影响比较小。

那么下面我重点分析一下我们在海上的经验教训，希望对大家有所帮助。我们在海上，整个风机要求更高，更高的可靠性要求，更高的安全性要求，更高的防烟雾，防霉菌要求。另外我们的经验是尽可能的做到远程诊断，出海之前，出故障之前我们知道某一个部件或部分会出现问题，体现感知出现问题，最好能准确的知道是哪个部件出现问题。如果不能提前知道就先上去分析原因，第二次出海更换，停机时间会非常长。

尽可能采用成熟的技术，那种不成熟的，没有经过大批量验证的技术尽量不要在海上风电采用，是风险的。

目前我们在海上风电覆盖到10兆瓦，我们提供的方案5到6兆瓦是一个平台，7到9兆瓦已经在供货。10兆瓦我们也供过货，我们尽可能用双驱动，每个浆叶有两套驱动系统，每个重量会小的多，便于维护。如果只有一套系统，好几吨，一旦出问题没法更换，维护性会高很多。

液压变桨跟电动变桨相比，可靠性差不多，成本略微相当，但是为什么在十几年前中国没有选择液压变桨，因为液压变桨一个漏油的问题，他的关键部件控制在几个少数供应商手里，这是一个主要的客观原因。那么现在看来决定应该还是很正确的，我们液压变桨有惨痛的教训，现在还有一些兄弟们选择液压变桨，我们祝愿他能够用好。液压变桨在使用和维护方面要求很高，对技术工人的要求非常高，非常会漏油。不像电动变桨坏了就停在那里，液压变桨它漏油，在海上是一个大麻烦。

那么除了在变桨上我们有领先的技术和最丰富的经验以外，我们在后备电源方面也有独有的研究。我们在蓄电池的研究，超级电容的研究，如何延长蓄电池的使用寿命，如何监测蓄电池，这是一个国际难题。我们花了大量的代价，成功的开发出一个我们自己在风电上大家看到的BPM2，非常低成本，能够时时测量健康度是一个比例。这个健康度就用在电池还有多少比例是好的状态，如果满容量新的电池是百分之百，现在还有60%、70%、80%，还是90%。如果认为50%不可用，50%以上差不多要持续6年或者八年，或者3年，这个非常重要。目前我们在国内大概有三万台风机是用的电池来作为变桨的后备电源，业主兄弟们非常头疼，表现非常不好，大部分的电池只能用到两年、三年，甚至一年就开始损坏。经过我们这么四五年的分析研究，我们发现所有的电池问题，都不是电池本身的质量，不是因为本身不好，都是因为它的充电办法，充电方式不对。不是过充就是欠充，欠充的比较多。

第二就是冬天的热保护，保温措施做的不够，导致在冬天的时候充不进去，放不出来，导致电池性能裂化，非常可惜。99.9%都是来自于它的设计有缺陷，充放电的系统、算法有缺陷，那么解决这一缺陷的方法很简单，换一个充电器就可以了。我们现在在帮很多的业主兄弟换充电器，换了他的电池寿命从一年延长到五年，我们已经成功的改造了几百台风机，帮业主改造风机。

如果要进一步提升，就要加上我们的监测，有些电池箱可能要加保温系统，加温度控制系统进行恒温，尤其在冬天电池的损害比率非常高。超级电容也很容易损坏的，只要是电化学的东西都是一样的，每天都有氧化、还原，我们建立了专门研究电池的研究所，欢迎大家去参观。

我们5兆瓦的案例，我们用的是电池方案，我们在过去十年，海上风电变桨绝大多数用的是电池，我们认为电池比超级电容更可靠。这是我们设计的照片，实际案例的照片。这是7兆瓦的，这是实际案例的照片，这是我们的双驱动方案，每个浆叶有两套驱动系统。如何协调？不出现互相抬杠，互相推托的情况，有特有的控制系统，否则两个控制系统不协同就会很麻烦。这是我们7兆瓦的实际案例，大家可以看是一个10柜的系统。7兆瓦实际的照片，电池柜。我就介绍这么多，谢谢大家。

刘瑞卿：谢谢江总，SSB在变桨系统是一个非常领先的系统。在陆上风机应用的也非常广，今天江总在海上风机着重介绍。

（发言由现场速记整理，未经本人审阅）