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中車(chē)株洲電機(jī)李進(jìn)澤:管窺海上風(fēng)電電機(jī)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)研究

光伏們發(fā)布時(shí)間:2021-10-19 14:22:50

2021年10月17日-20日,2021北京國(guó)際風(fēng)能大會(huì)暨展覽會(huì)(CWP 2021)在北京新國(guó)展隆重召開(kāi)。作為全球風(fēng)電行業(yè)年度最大的盛會(huì)之一,這場(chǎng)由百余名演講嘉賓和數(shù)千名國(guó)內(nèi)外參會(huì)代表共同參與的風(fēng)能盛會(huì),再次登陸北京。

本屆大會(huì)以“碳中和——風(fēng)電發(fā)展的新機(jī)遇”為主題,歷時(shí)四天,包括開(kāi)幕式、主旨發(fā)言、高峰對(duì)話、創(chuàng)新劇場(chǎng)以及關(guān)于“國(guó)際成熟風(fēng)電市場(chǎng)發(fā)展動(dòng)態(tài)及投資機(jī)會(huì)”“國(guó)際新興風(fēng)電市場(chǎng)發(fā)展動(dòng)態(tài)及投資機(jī)會(huì)”“風(fēng)電設(shè)備智能運(yùn)維論壇”“碳達(dá)峰碳中和加速能源轉(zhuǎn)型”等不同主題的15個(gè)分論壇。能見(jiàn)App全程直播本次大會(huì)。

其中,10月19日海上風(fēng)電發(fā)展論壇隆重召開(kāi)。中車(chē)株洲電機(jī)有限公司授級(jí)高級(jí)工程師、中國(guó)中車(chē)首席技術(shù)專(zhuān)家、全國(guó)風(fēng)力機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)委員李進(jìn)澤出席會(huì)議并演講。

以下為發(fā)言全文:

李進(jìn)澤:

各位專(zhuān)家,各位領(lǐng)導(dǎo),大家上午好,我是李進(jìn)澤。我今天演講題目是海上風(fēng)電電機(jī)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)研究。這是我們一個(gè)發(fā)電機(jī)的產(chǎn)業(yè)布局,9大生產(chǎn)基地全面輻射陸上、海上及國(guó)內(nèi)外市場(chǎng),總廠房面積233963㎡。江蘇鹽城、湖南株洲、內(nèi)蒙古包頭、新疆哈密、福建福清、廣東陽(yáng)江(在建)、四川成都(協(xié)同)、浙江海寧(協(xié)同)、江西南昌,全球最大的風(fēng)力發(fā)電機(jī)制造企業(yè)之一,核心產(chǎn)業(yè)是軌道交通產(chǎn)業(yè)、風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)、新產(chǎn)業(yè)。

去年海上風(fēng)電有一個(gè)爆炸性的增長(zhǎng),風(fēng)電行業(yè)的政策從十二五定位海上風(fēng)電發(fā)電,明確上網(wǎng)電價(jià),到十三五鼓勵(lì)規(guī)?;_(kāi)發(fā),競(jìng)爭(zhēng)性配置市場(chǎng)化一些機(jī)制,形成指導(dǎo)的電價(jià)?!笆奈濉焙I巷L(fēng)電迎來(lái)黃金發(fā)展期。

一、風(fēng)資源豐富、裝機(jī)量逐年遞增,海上風(fēng)電開(kāi)發(fā)潛力, 5~25米水深、50米高度約2億千瓦; 5~50米水深、70米高度約5億千瓦;2020年海上風(fēng)電裝機(jī):750萬(wàn)kW,較2019年以前累計(jì)裝機(jī)還要多。

二、風(fēng)電行業(yè)政策,十二五:2012年,《風(fēng)電發(fā)展“十二五”規(guī)劃》海上風(fēng)電發(fā)展定位開(kāi)發(fā)規(guī)模,2014年,明確上網(wǎng)標(biāo)桿電價(jià) 0.85 元/kWh。十三五:2016年”十三五” 規(guī)劃,核準(zhǔn)原則、鼓勵(lì)規(guī)模化,2018年競(jìng)爭(zhēng)配置/市場(chǎng)化,促創(chuàng)新、降成本、優(yōu)資源,指導(dǎo)電價(jià)(元/kWh)2019年:0.8,2020年 :0.75。“十四五”:海上風(fēng)電成規(guī)?;?,迎來(lái)發(fā)展黃金期;“十四五”初期陸上風(fēng)電全面平價(jià),海上風(fēng)電進(jìn)入補(bǔ)貼退坡。

三、海上風(fēng)電技術(shù)發(fā)展趨勢(shì):“六化”趨勢(shì)(與發(fā)電機(jī)相關(guān)):大型化(大功率)、模塊化(直驅(qū)、分瓣式)/集成化(半直驅(qū));中高壓化(電氣傳動(dòng))、中低速化(機(jī)械傳動(dòng)/半直驅(qū)、直驅(qū))永磁化(效率)、智能化(發(fā)電量)?!笆奈濉睉?zhàn)略規(guī)劃:我國(guó)將重點(diǎn)研制10MW+海上大功率風(fēng)電機(jī)組。

漂浮式—未來(lái)海上風(fēng)電主要降本方向:全球80%海上風(fēng)能資源在水深超過(guò)60米海域。隨著水深增加,漂浮式技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性逐漸凸顯;漂浮式海上風(fēng)電從2009年單臺(tái)樣機(jī)到2017年首個(gè)漂浮式商業(yè)項(xiàng)目投運(yùn),已初具批量化基礎(chǔ);據(jù)歐洲風(fēng)能協(xié)會(huì)預(yù)測(cè), 到2030年底全球漂浮式風(fēng)電裝機(jī)容量將達(dá)到1500萬(wàn)千瓦;保守估計(jì)2050年漂浮式機(jī)組成本下降38%,據(jù)IEA預(yù)測(cè)可降低50%。

第三個(gè)是海上風(fēng)電-發(fā)電機(jī)關(guān)鍵技術(shù)。

一、高性能設(shè)計(jì); 二、長(zhǎng)壽命設(shè)計(jì); 三、高可靠性設(shè)計(jì); 四、低成本設(shè)計(jì)。江蘇中車(chē)電機(jī)8MW直驅(qū)永磁發(fā)電機(jī),金風(fēng)科技8MW海上直驅(qū)機(jī)組,(在福建興化灣,2020年并網(wǎng)發(fā)電)。

高性能設(shè)計(jì):高性能磁鋼選型、多功率單元設(shè)計(jì)、電機(jī)高效率設(shè)計(jì)。江蘇中車(chē)電機(jī)7.25MW半直驅(qū)永磁發(fā)電機(jī),明陽(yáng)智能 MySE 7.25MW海上機(jī)組,(在廣東揭陽(yáng),2019年并網(wǎng)發(fā)電)。

電磁方案設(shè)計(jì)要注重與溫升、結(jié)構(gòu)的耦合設(shè)計(jì);基于產(chǎn)品技術(shù)平臺(tái)的電磁方案設(shè)計(jì)速度快,但拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)創(chuàng)新往往能帶來(lái)意想不到的優(yōu)勢(shì)。直驅(qū)永磁發(fā)電機(jī)常用磁鋼系列:H、M等,高磁能積,功率密度高,多用外轉(zhuǎn)子(有內(nèi)轉(zhuǎn)子),耐溫要求略低。半直驅(qū)永磁發(fā)電機(jī)常用磁鋼系列:UH、SH等,高矯頑力,抗去磁能力強(qiáng),內(nèi)置式,耐溫要求略高。

多功率單元設(shè)計(jì),發(fā)電機(jī)采用多套繞組,如“動(dòng)力分散動(dòng)車(chē)組”可提高發(fā)電機(jī)及機(jī)組運(yùn)行可靠性,可用發(fā)電機(jī)的25%、50%、75%、100%運(yùn)行發(fā)電(部分功率單元故障時(shí),可不停機(jī),持續(xù)并網(wǎng)發(fā)電,有效提高機(jī)組年發(fā)電小時(shí)數(shù)、可用率)

高效率設(shè)計(jì):磁鋼高利用率、優(yōu)化磁鋼最佳工作點(diǎn),提升磁鋼利用率、節(jié)約成本、性?xún)r(jià)比高。江蘇中車(chē)電機(jī)12MW半直驅(qū)永磁發(fā)電機(jī):額定效率達(dá)98.5%,熱態(tài)25%~100% PN 范圍效率>98%。

二、長(zhǎng)壽命設(shè)計(jì):磁鋼長(zhǎng)壽命設(shè)計(jì)、軸承長(zhǎng)壽命設(shè)計(jì)、絕緣長(zhǎng)壽命設(shè)計(jì)。江蘇中車(chē)電機(jī)5MW半直驅(qū)永磁發(fā)電機(jī),(配套AREWA 5MW海上半直驅(qū)永磁風(fēng)電機(jī)組)

德國(guó)AREWA。5MW海上半直驅(qū)永磁風(fēng)電機(jī)組。

軸承長(zhǎng)壽命設(shè)計(jì):機(jī)組載荷獲取、軸承負(fù)荷計(jì)算,軸承計(jì)算壽命須滿足發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)壽命需求—陸上風(fēng)電20年、海上風(fēng)電25年。

絕緣長(zhǎng)壽命設(shè)計(jì):需滿足發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)壽命要求陸上—20年、海上25年,低壓發(fā)電機(jī)引入中壓/高壓 電機(jī)和變頻 電機(jī)絕緣技術(shù);永磁發(fā)電機(jī)定子、雙饋 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子、全功率異步 發(fā)電機(jī)定子均需采用變頻 電機(jī)絕緣;增加匝間及對(duì)地絕緣厚度,提高絕緣系統(tǒng)安全儲(chǔ)備裕度;發(fā)電機(jī)絕緣系統(tǒng)失效機(jī)理研究,如環(huán)境適應(yīng)性、熱/電壽命等驗(yàn)證。

聚焦發(fā)電機(jī)絕緣系統(tǒng)新材料、新結(jié)構(gòu)、新工藝、新方法的開(kāi)發(fā)和研究,打造耐鹽霧、耐高濕型風(fēng)力發(fā)電機(jī)絕緣系統(tǒng),提升關(guān)鍵基礎(chǔ)共性技術(shù)能力。

三、高可靠性設(shè)計(jì):磁極結(jié)構(gòu)、絕緣系統(tǒng)、軸承配置、三防設(shè)計(jì)。磁極結(jié)構(gòu)系磁鋼防腐處理,磁鋼可靠性測(cè)試。絕緣系統(tǒng)的電機(jī)絕緣的四大主要因素:電因素—高壓電機(jī)、中壓電機(jī)、變頻電機(jī)、熱因素—緊湊型電機(jī)、機(jī)械因素—大功率、低壓電機(jī)、環(huán)境 (或化學(xué))因素—戶外、開(kāi)啟電機(jī)。發(fā)電機(jī)絕緣壽命設(shè)計(jì)要求:陸上風(fēng)電是20年設(shè)計(jì)壽命,海上風(fēng)電是25年設(shè)計(jì)壽命。

絕緣系統(tǒng)環(huán)境適應(yīng)性研究,多因子環(huán)境老化試驗(yàn)、冷熱沖擊、振動(dòng)沖擊、恒定濕熱、長(zhǎng)期浸水、持續(xù)鹽霧,評(píng)估發(fā)電機(jī)絕緣壽命。定子??ɡ錈釠_擊試驗(yàn)、模卡長(zhǎng)期浸水試驗(yàn)及實(shí)物產(chǎn)品的浸水試驗(yàn)研究。

軸承配置潤(rùn)滑脂選擇與性能測(cè)試,開(kāi)展發(fā)電機(jī)軸承失效機(jī)理與優(yōu)化設(shè)計(jì)研究,構(gòu)建發(fā)電機(jī)軸承失效的多場(chǎng)耦合分析方法和優(yōu)化設(shè)計(jì)規(guī)范。

軸承配置可靠性試驗(yàn):一臺(tái)三室:軸承試驗(yàn)臺(tái) + 故障診斷室、潤(rùn)滑劑檢測(cè)室、精度檢測(cè)室;軸承臺(tái)架試驗(yàn):急加速、溫升特性、熱試驗(yàn)、耐久試驗(yàn)等;軸承配置模擬試驗(yàn):高低溫、風(fēng)沙等;軸承檢測(cè)分析。

三防設(shè)計(jì):這是某型海上半直驅(qū)機(jī)組永磁發(fā)電機(jī)防腐規(guī)范防腐區(qū)域劃分表,針對(duì)海上機(jī)組或直驅(qū)機(jī)組發(fā)電機(jī)更應(yīng)重視三防設(shè)計(jì)。低成本設(shè)計(jì)是這些。

四是海上風(fēng)電-發(fā)電機(jī)研制經(jīng)驗(yàn)。

這是海上風(fēng)電發(fā)電機(jī)研制歷程,這是5MW半直驅(qū)永磁發(fā)電機(jī),中壓永磁發(fā)電機(jī),配套5MW海上機(jī)組(出口德國(guó)阿海琺);發(fā)電機(jī)與齒輪箱高度集成,一體化;特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)(三高兩低):高度集成、高效率(額定點(diǎn)98.1%)、高可維護(hù)性(塔上可更換磁極盒); 低振動(dòng)、低水壓降。

高壓絕緣系統(tǒng)設(shè)計(jì)環(huán)氧酸酐樹(shù)脂絕緣體系,高可維護(hù)性磁極盒設(shè)計(jì),表貼式磁極盒(內(nèi)轉(zhuǎn)子),磁鋼鎳銅環(huán)氧鍍層+磁極盒膠灌封,耐鹽霧、防振動(dòng),可塔上更換。海上防腐設(shè)計(jì)是磁極盒:全密封、一體化, 緊固件:更環(huán)保的無(wú)鉻達(dá)克羅處理。高可靠性接線盒設(shè)計(jì):電纜變徑密封模塊,密封好,軟銅排過(guò)渡電纜連接,耐振動(dòng)。德國(guó)VDA 6.3過(guò)程審核,發(fā)電機(jī)及關(guān)鍵零部件均通過(guò)VDA6.3審查。

12MW半直驅(qū)永磁發(fā)電機(jī):低壓永磁發(fā)電機(jī),配套海上半直驅(qū)機(jī)組,發(fā)電機(jī)與齒輪箱高度集成,一體化;特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)(三高三低):高度集成、高效率(額定點(diǎn)98.5%、20%~100%額定功率時(shí)均高于98%)、高可維護(hù)性;低振動(dòng)、低軸電流、低波形畸變率。PPT42

中車(chē)株洲電機(jī)有限公司將繼續(xù)定位于“打造具有全球競(jìng)爭(zhēng)力的世界一流通用機(jī)電集團(tuán)公司”,致力于實(shí)現(xiàn)高端動(dòng)力先鋒戰(zhàn)略目標(biāo)!聚焦于高性能、高可靠性、高可維護(hù)性海上風(fēng)電-發(fā)電機(jī)、變壓器技術(shù),致力于實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)、變壓器的高水平設(shè)計(jì)、高質(zhì)量制造、高可靠運(yùn)行!謝謝大家!

(根據(jù)演講速記整理,未經(jīng)演講人審核)

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