施耐德电气赵天意:升级海上风电“电气动脉”,助力海上风电“扬帆远航”

能见App 2021年10月19日 4652

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。施耐德电气(中国)有限公司行业市场负责人赵天意出席会议并演讲。

以下为发言全文:

赵天意:对于我们来说,我们整个发展思路一致,就是可持续,可持续的核心是如何能够把我们对整个能源的担当和责任体现在解决方案和产品之上。

跟大家做一下自我介绍,赵天意,来自施耐德电气。我国所承担的是全球制造业里最核心的碳排放,同时每年的经济缺口非常大,双碳不仅仅意味着机遇还有成本和代价。海上风电被称为双碳之旅的诺亚方舟,为什么这么说?在所有的新能源尤其可再生能源发展之中,大家会发现这个表格中,全寿命周期海上年平均小时数2600h,2020年实际为2097小时,我们从很多的伙伴一起交流,我们发现海上风电现在最大的挑战是三个方面,我们叫做三个效应:乘数效应指数增加运行成本;盲盒效应:增加维修难度;通道效应:增加停电时间。

乘数效应增加运行成本,离岸距离远,单次运维成本是陆上新能源系统的20~30倍以上,如系统不稳定,单位容量故障运维成本远高于陆上风电和光伏系统。

盲盒效应影响维修难度,人员难以随时登机检查,难以第一时间判断故障并提供维修建议、维修备件;同时环境复杂,对维修人员安全挑战大。

通道效应延长停电时间,海况复杂、变化快,风机可达性差,导致风机故障维修、恢复时间不可控,影响发电量。单次故障恢复时长是陆上风电4-5倍。

聚焦海上电气动脉,电气设备环境敏感性高、故障影响大,超50%停电故障和电气动脉直相关。我们如果看一下,三个效应会影响整个海上风电未来的发展,也是我们现在的制约因素。如果从解决方案来看,我们如果看解决优势或者整个趋势来说,我们很多方法一致,总结为四个字是:大、运、致(智)、远,从红海走向蓝海,海上风电的自我进化:改善发电成本,减少维修费用,增加系统可靠,提升发电效率,电气大动脉首当其冲。那片海洋的风更好,那片海洋对岸边的影响更小,意味着海上风电未来发展的四个趋势或者是四个机遇。

我们知道海上风电中,现在中国2020年最新的统计,中国因为心血管疾病所伤亡人数占所有人数的40%多,海上风电超过50%的停电故障是跟电气设备相关的,为什么?因为敏感度是最高的,敏感性是最高的。相对来说因为位于整个海上主动脉,它的故障一旦发生的话,影响将非常大。因为任何一个元件产生故障,可能会造成整个主动脉的栓塞。因此看到这四个情况,看到那三个效应,很多是聚焦或者落脚在海上风电的电气系统,如何改善电气系统这一块,我们分别来看一下。

首先看一下“大”,我们知道大型的风机,由于自身载荷设计和发电效率,以及运维的难度具有非常好的平衡型,所以说越来越多的公司采用半直驱的风机。如果不对风机整个系统结构进行优化,随着容量增大,我们无论从电机系统到变压器,超过国标的电压水平。我们知道欧标一般是690我们现在已经进化到1140,未来是1380、1500,这样的不断在升高。大容量,通过升高电压有效平衡或者降低单位发电容量下产生成本。

施耐德电气所提供的,无论是核心的框架还是双馈,这两个在风电里面操作次数是非常多的。相对来说高电压,大电流是未来的发展趋势,在这样一个情况下如何保证可靠性和有用性?

我们看看“运”,就是在运行的时候,无论是初始运行还是后半期运行的时候,针对不同的故障率波动情况,对设备来说是非常核心的,如何在设备中通过综合的传感。并不一定是需要传感器越多越好,通过综合的传感建立起模型,通过模型和大数据对整个风电系统或者电气系统核心的产品线、设备线进行分析和预测。我们会发现以,以35千伏系统为例,因为海上风电一般用电缆海缆连接,每一个海缆上会接上环网柜,我们知道在若干年前,在江苏的海上风电就有因为环网柜着火引起的爆炸事件。会有非常复杂的工况,非常难以到现场去看的盲盒一样的故障情况,怎么样通过远程的数字化和传感技术,通过模型来分析环网柜当前的运行状况?可以看到在施耐德内部的环网柜里面,里面内置若干传感器,最容易引起环网柜故障的一系列问题,我们做了专门的数字化模型的数据采集以及相应的数据分析。通过这些数据分析,可以有效把握住,在每一个风机下侧或者上侧,可以有效知道当前环网柜断流器运行状况是什么样的。尤其过了20年,甚至到了25年,我们会告诉运营商,风机制造商,我们风机如何延寿,如何能够让它运行25年更长时间。换一个角度来说,我们遇到台风或者复杂工况的时候,我们要知道这个风机当前环网柜的状况是怎么引起的这个盲盒对于我们来说不再是盲盒,而是一个透明的盒子。这样对于维护维修来说降低了难度和工作量,相对来说海上运维人员安全性通过一系列传感器得到保障,里面内置有对人体伤害最快的检测,仍然能够保证弧光不会伤害到运维和操作人员,这是盲盒通过“运”,通过智慧化、数字化保证对运的安全性和有效性。

一直说智能化运维,比如说如何在后续运维中体现智能化,我们可能会想到一点,智能化一定不是一个阶段性的概念,它是一个全寿命周期的概念。这里所显示的,针对智很关键的一点,前期设计的智能化。我们会发现在前端海上风电设计的时候,包括短路计算,包括弧光计算,包括各种各样电网可能连接到复杂工况的短路电流的模拟。从模拟分析,分析到这一点产生故障的时候,当地的保护定值是什么状态,能够保证某点发生故障的时候,因为在海上风电里,我们知道电力流向是非常复杂的,不是单一流向,是来回流向的。这种情况下,短路电流值的计算非常复杂,甚至不仅仅包含在网侧的计算还有风机侧的计算,当出现故障的时候,并不是由于断路器内部产生的故障,反而是其他风机故障来回产生的影响。这种影响需要在设计中的时候就加以考量,电气系统故障相对来说更像通道一样。如果我们无法有效在设计中避免隐患的发生,可能我们在中长期运行的时候所产生的停电概率就会增加。所以说通过智能化,在前端排除电气隐患,增加电气的强健性,风电在投运以后就可以有效避免通道效应所产生的停电概率,使海上风电能够在第一时间或者能够在更可靠情况下承担起双碳的重任。

“远”这个概念,我们发现从红海走向蓝海,这是一个必经趋势我们需要用各种方式满足远海风机要求。远海风机有非常特殊的要求,通过非常复杂的实验以及在不同的海况工况情况下进行这方面的测量和研究,我们最终所推出的这些针对远海风电的电气动脉关键设备,满足在远海风机中的应用要求。尤其是大台风风况之下,在这种风况之下,如何保证风机飘浮情况下应用可靠性和稳定性,这里从实验到设计两环缺一不可。

所以说综合来看,我们的远代表了用创新的技术、结构和材料,来帮助我们开拓业主,分机制造商开拓远海的市场。如果把一个系统打开来看,这是施耐德一直倡导的三层建构,最底层的真海上风电,为海上风电专用的互联互通强健型的设备,包括低压、中压、测量设备,关键类的电源,UPS设备,再到边缘计算侧,边缘计算侧通过很多的边缘计算来使我们能够实现对整个数字化的感知,来打开盲盒,告诉我们当前所面对的情况,面对的状况是什么样的。再到最高端的,上端的云计算是有数据模型和数据分析规划,在未来的时候海上风电将越来越多的介入人工智能,因为海上风电相对来说能量密度最大,它又靠近负荷中心,对负荷的响应和反映速度应该是最快的。能够实现对整个海上风电的适应性、强健性,智慧和创新,使海上风电在未来能够为双碳贡献更多的力量。

制氢在未来的时候,清能能源是不多的,能够方便形成,能够形成物理现象的能源。不像电,电是很难看到的,无论是原材料还是其它方面都有很多的优势。风行致远、海运长青,谢谢大家!

 

(根据演讲速记整理,未经演讲人审核)