中车株洲电机李进泽:管窥海上风电电机技术发展趋势研究李进泽:管窥海上风电电机技术发展趋势研究

能见App 2021年10月19日 3127

2021年10月17日-20日,2021北京国际风能大会暨展览会(CWP 2021)在北京新国展隆重召开。作为全球风电行业年度最大的盛会之一,这场由百余名演讲嘉宾和数千名国内外参会代表共同参与的风能盛会,再次登陆北京。

本届大会以“碳中和——风电发展的新机遇”为主题,历时四天,包括开幕式、主旨发言、高峰对话、创新剧场以及关于“国际成熟风电市场发展动态及投资机会”“国际新兴风电市场发展动态及投资机会”“风电设备智能运维论坛”“碳达峰碳中和加速能源转型”等不同主题的15个分论坛。能见App全程直播本次大会。

其中,10月19日海上风电发展论坛隆重召开。中车株洲电机有限公司授级高级工程师、中国中车首席技术专家、全国风力机械标准化技术委员会委员李进泽出席会议并演讲。

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)