主题发言

金风科技股份有限公司技术大项目经理李庆江:平价时代下海上风电机组开发的机遇与挑战

2020-12-14    东方风力发电网

    李庆江:各位领导,各位专家,各位同仁,大家上午好!

    很荣幸有这样的机会,能够到汕头跟大家分享海上机组开发的话题和我们的思考。

    我的报告分3部分,第一是分享目前风电机组的发展特点,第二是回顾机组的发展趋势,最后一部分是机组面临的机遇和挑战。

    这两天说得比较多的是3060的碳综合,在新的平价背景情况下,对于机组开发而言,我们有新的特点。

    特点分4个方面:

    1.风电机组的开发要和自然环境仅仅联系在一起,共同和谐发展,包括风光水火储一体化的发展。

    2.体现在开发的模式上,无论是在建设的模式,还是在运维的模式上,还是在整个开发模式上,都有一些新的特点和模式的探索创新。

    3.科技或者是基础创新维度上,需要用数字化、智能化的方式方法和技术理念来推动新一代平价机组的开发。

    4.通过互相合作的推动效果,从补充能够向替代能源转变。

    不同的新能源形式之间也面临竞争,我们今天讲海上风电,讲平价,也应该看到不同的新能源的形式,比如说水电、光伏、风电。截止目前,风电装机2.1万千瓦,光复是2万千瓦,差距非常小,要看到不同新能源形式之间的内部竞争也非常激烈。

    平价的挑战,现在的电价都比较高,比如说江苏,可以看到目前上网电价的对比,退坡的机制和长久技术的储备,目前跟陆上和光伏差距比较大。

    在这种情况下,我们可以做什么?

    1.机组本身,通过大型化,降低点位和工程造价,以及对发电量的提升,助力成本进一步的下降。

    2.关键部件,这些部件在今年疫情凸显的情况下,链条和开发的节奏和进步也有比较大的影响,这方面要做更多的国产化的探索和国产化的推进。

    3.智能化、数字化的方式方法,以及直流风机的设计概念和理念,推动机组端的进步和相关的工作推进。

    4.海工基础创新上,设计端要做载荷、基础、塔架等一体化的设计,以及通过漂浮式波浪流的研究做综合的创新。

    5.运维方面,依托于机组的健康管理,这是一个基础,在此情况下结合智慧运维的策略,结合传播和规范化的运维做综合的降本。

    6.海洋工程建设方面,要做深远海柔性直流的创新,以及相应配套的海缆和基础的施工、设备的吊安装等等做新的布局和规划。

    发展趋势,欧洲预计到2030年,10到15兆瓦级别装机容量占比达到30%。

    目前,6兆瓦级别海上机组已经进入批量商业运行模式,10兆瓦甚至是10兆瓦以上的机组,目前也都在出样机。国内的海上风机也是仅仅跟随国际大容量的趋势。

    海上5兆瓦以上的机组,用全功率的变流的技术路线是普遍的共识,直驱代表了风电机组最重要的发展趋势之一,国际主流风机供应商大型机组均转向直驱技术。

    风机单机容量大的情况下,在同样的风场容量下,由于机位点数少,工程建设成本低,这对造价影响非常的显著。再看发电小时数,增加不高,对造价影响比较一般。全生命周期里面,跟机组相关的整机的、基础的、安装的、运维的成本占比大概90%。

    因此,风机和海工的一体化设计,通过这种方式方法来降低初始投资成本和运维成本,这是比较行之有效的举措。

    挑战和机遇方面:

    第一,大型化。

    1.超长叶片。超长的叶片,轻量化的新材料是需要突破,通过这种方式降叶片的成本。叶片本身生产的工艺和生产的效率有待提升和改善。叶轮的直径越来越大,叶片前缘腐蚀加剧。

    2.大型轴承,比如主轴承载荷更大,单轴承尺寸大,重量重,成本高。

    3.高功率密度变流器,比如功率模块多并联技术,高可靠性要求高。

    4.大容量发电机,比如齿轮箱机组,功率上升,扭矩和载荷快速增加,可靠性面临挑战。

    第二,国产化。

    1.主轴承,设计方法、经验、计算方法和仿真软件的开发,加工精度、产品性能、产品境界度等。

    2.箱变,要考虑海上箱变整体可靠性,对风电需求的理解和应对方案。

    3.功率器件,要考虑模块封装技术、功率密度等。

    4.环网柜,要考虑密封气室的焊接工艺,以及智能性、人性化、外观设计。

    第三,可靠性保障。

    这涉及四级试验结构,材料、部件、整机、风场。

    1.在底层有整机的可靠性小组,主导创建并制定一个风机产品的可靠性的体系,在这个基础上,有一个整机检测和故障诊断两个支撑维度,这两个维度分别有团队负责性能测试,要对于前端、产品、市场提出的需求进行验证,是否满足或者是不满足,更多承担判断的角色,而不是测试是否通过。

    2.部件性能要负责电控的部件测试等。

    3.故障诊断方面,由故障的处理或者是应用技术的项目和技术团队,负责解决在役运行故障的判断,解决方案的固化,这样的经验会导入到新开发机型的设计过程中,那这里面有一个环节叫历史问题规避,通过这样的方法,把现有的问题和开发的问题做有效的闭环。

    4.通过一个实验的测试手段,去对质量的可靠性进行保障。

    第四,一体化设计。

    1.对于海上机组来说,这也是非常好的选择,我们考虑箱变,也是可以大大缩短海上工程施工的时间效率,这对成本的下降也有很大的帮助。我们需要考虑的维度是消防的问题,这些设备的振动问题,以及更为复杂的兼容性的问题,以及可靠性是否足够维护便利的问题。

    2.风机+海工一体化的设计方面,比如说塔架与继母一体化设计,还有风载荷和波浪载荷耦合的问题。

    3.风机+运输安装一体化方面,要考虑运输方案,自运行自吊、多草运输、叠放运输等。

    4.风机+风场运维一体化设计方面,通过海上智能化区域化运维策略、风机冗余设计与智能运维平衡等来达到运维成本的降低。

    第五,智能化。

    基于传感器的可靠性智能感知技术,配合基于模型的故障诊断及安全控制技术,搭载智能云端,三位一体的智能化设计,可以实现远程的监控、状态的诊断、健康的诊断,减少部件的连总损坏,降低风机运维成本。

    海上机组的运维成本相对于陆上要高几倍不止,智能化的运维是实现平价的必由之路。

    最后总结就是:

    我们需要用高覆盖度的开发、高质量的建设、高收益资产的目标,围绕着打造海上的旗舰产品,海工的创新和海上智能的运维3个大的业务,去建立数字化的平台,支撑整体的解决方案,形成一个全产业链的利益共同体,从而打造新时代的海上风电整体解决方案,助力海上平价的规模化和高质量发展!

    我的分享就到这里,感谢各位!   (内容来自现场速记,未经本人审核)