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以下为发言全文:
李进泽:
各位专家,各位领导,大家上午好,我是李进泽。我今天演讲题目是海上风电电机技术发展趋势研究。这是我们一个发电机的产业布局,9大生产基地全面辐射陆上、海上及国内外市场,总厂房面积233963㎡。江苏盐城、湖南株洲、内蒙古包头、新疆哈密、福建福清、广东阳江(在建)、四川成都(协同)、浙江海宁(协同)、江西南昌,全球最大的风力发电机制造企业之一,核心产业是轨道交通产业、风力发电产业、新产业。
去年海上风电有一个爆炸性的增长,风电行业的政策从十二五定位海上风电发电,明确上网电价,到十三五鼓励规模化开发,竞争性配置市场化一些机制,形成指导的电价。“十四五”海上风电迎来黄金发展期。
一、风资源丰富、装机量逐年递增,海上风电开发潜力, 5~25米水深、50米高度约2亿千瓦; 5~50米水深、70米高度约5亿千瓦;2020年海上风电装机:750万kW,较2019年以前累计装机还要多。
二、风电行业政策,十二五:2012年,《风电发展“十二五”规划》海上风电发展定位开发规模,2014年,明确上网标杆电价 0.85 元/kWh。十三五:2016年”十三五” 规划,核准原则、鼓励规模化,2018年竞争配置/市场化,促创新、降成本、优资源,指导电价(元/kWh)2019年:0.8,2020年 :0.75。“十四五”:海上风电成规模化,迎来发展黄金期;“十四五”初期陆上风电全面平价,海上风电进入补贴退坡。
三、海上风电技术发展趋势:“六化”趋势(与发电机相关):大型化(大功率)、模块化(直驱、分瓣式)/集成化(半直驱);中高压化(电气传动)、中低速化(机械传动/半直驱、直驱)永磁化(效率)、智能化(发电量)。“十四五”战略规划:我国将重点研制10MW+海上大功率风电机组。
漂浮式—未来海上风电主要降本方向:全球80%海上风能资源在水深超过60米海域。随着水深增加,漂浮式技术的经济性逐渐凸显;漂浮式海上风电从2009年单台样机到2017年首个漂浮式商业项目投运,已初具批量化基础;据欧洲风能协会预测, 到2030年底全球漂浮式风电装机容量将达到1500万千瓦;保守估计2050年漂浮式机组成本下降38%,据IEA预测可降低50%。
第三个是海上风电-发电机关键技术。
一、高性能设计; 二、长寿命设计; 三、高可靠性设计; 四、低成本设计。江苏中车电机8MW直驱永磁发电机,金风科技8MW海上直驱机组,(在福建兴化湾,2020年并网发电)。
高性能设计:高性能磁钢选型、多功率单元设计、电机高效率设计。江苏中车电机7.25MW半直驱永磁发电机,明阳智能 MySE 7.25MW海上机组,(在广东揭阳,2019年并网发电)。
电磁方案设计要注重与温升、结构的耦合设计;基于产品技术平台的电磁方案设计速度快,但拓扑结构创新往往能带来意想不到的优势。直驱永磁发电机常用磁钢系列:H、M等,高磁能积,功率密度高,多用外转子(有内转子),耐温要求略低。半直驱永磁发电机常用磁钢系列:UH、SH等,高矫顽力,抗去磁能力强,内置式,耐温要求略高。
多功率单元设计,发电机采用多套绕组,如“动力分散动车组”可提高发电机及机组运行可靠性,可用发电机的25%、50%、75%、100%运行发电(部分功率单元故障时,可不停机,持续并网发电,有效提高机组年发电小时数、可用率)
高效率设计:磁钢高利用率、优化磁钢最佳工作点,提升磁钢利用率、节约成本、性价比高。江苏中车电机12MW半直驱永磁发电机:额定效率达98.5%,热态25%~100% PN 范围效率>98%。
二、长寿命设计:磁钢长寿命设计、轴承长寿命设计、绝缘长寿命设计。江苏中车电机5MW半直驱永磁发电机,(配套AREWA 5MW海上半直驱永磁风电机组)
德国AREWA。5MW海上半直驱永磁风电机组。
轴承长寿命设计:机组载荷获取、轴承负荷计算,轴承计算寿命须满足发电机设计寿命需求—陆上风电20年、海上风电25年。
绝缘长寿命设计:需满足发电机设计寿命要求陆上—20年、海上25年,低压发电机引入中压/高压 电机和变频 电机绝缘技术;永磁发电机定子、双馈 发电机转子、全功率异步 发电机定子均需采用变频 电机绝缘;增加匝间及对地绝缘厚度,提高绝缘系统安全储备裕度;发电机绝缘系统失效机理研究,如环境适应性、热/电寿命等验证。
聚焦发电机绝缘系统新材料、新结构、新工艺、新方法的开发和研究,打造耐盐雾、耐高湿型风力发电机绝缘系统,提升关键基础共性技术能力。
三、高可靠性设计:磁极结构、绝缘系统、轴承配置、三防设计。磁极结构系磁钢防腐处理,磁钢可靠性测试。绝缘系统的电机绝缘的四大主要因素:电因素—高压电机、中压电机、变频电机、热因素—紧凑型电机、机械因素—大功率、低压电机、环境 (或化学)因素—户外、开启电机。发电机绝缘寿命设计要求:陆上风电是20年设计寿命,海上风电是25年设计寿命。
绝缘系统环境适应性研究,多因子环境老化试验、冷热冲击、振动冲击、恒定湿热、长期浸水、持续盐雾,评估发电机绝缘寿命。定子模卡冷热冲击试验、模卡长期浸水试验及实物产品的浸水试验研究。
轴承配置润滑脂选择与性能测试,开展发电机轴承失效机理与优化设计研究,构建发电机轴承失效的多场耦合分析方法和优化设计规范。
轴承配置可靠性试验:一台三室:轴承试验台 + 故障诊断室、润滑剂检测室、精度检测室;轴承台架试验:急加速、温升特性、热试验、耐久试验等;轴承配置模拟试验:高低温、风沙等;轴承检测分析。
三防设计:这是某型海上半直驱机组永磁发电机防腐规范防腐区域划分表,针对海上机组或直驱机组发电机更应重视三防设计。低成本设计是这些。
四是海上风电-发电机研制经验。
这是海上风电发电机研制历程,这是5MW半直驱永磁发电机,中压永磁发电机,配套5MW海上机组(出口德国阿海珐);发电机与齿轮箱高度集成,一体化;特点和优势(三高两低):高度集成、高效率(额定点98.1%)、高可维护性(塔上可更换磁极盒); 低振动、低水压降。
高压绝缘系统设计环氧酸酐树脂绝缘体系,高可维护性磁极盒设计,表贴式磁极盒(内转子),磁钢镍铜环氧镀层+磁极盒胶灌封,耐盐雾、防振动,可塔上更换。海上防腐设计是磁极盒:全密封、一体化, 紧固件:更环保的无铬达克罗处理。高可靠性接线盒设计:电缆变径密封模块,密封好,软铜排过渡电缆连接,耐振动。德国VDA 6.3过程审核,发电机及关键零部件均通过VDA6.3审查。
12MW半直驱永磁发电机:低压永磁发电机,配套海上半直驱机组,发电机与齿轮箱高度集成,一体化;特点和优势(三高三低):高度集成、高效率(额定点98.5%、20%~100%额定功率时均高于98%)、高可维护性;低振动、低轴电流、低波形畸变率。PPT42
中车株洲电机有限公司将继续定位于“打造具有全球竞争力的世界一流通用机电集团公司”,致力于实现高端动力先锋战略目标!聚焦于高性能、高可靠性、高可维护性海上风电-发电机、变压器技术,致力于实现发电机、变压器的高水平设计、高质量制造、高可靠运行!谢谢大家!
(根据演讲速记整理,未经演讲人审核)
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