明阳智能王超:四大创新护航漂浮式风机系统设计技术及开发应用

能见App 2021年10月19日 2763

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。明阳智慧能源集团股份公司载荷强度室副总工程师王超出席并做了题为漂浮式风机系统设计技术及开发应用的演讲。

以下为发言全文:

王超:谢谢主持人,下面由我来介绍一下明阳在漂浮式风机的一些工作。本次汇报分三个方面:

一、深远海漂浮式基础类型及中国特有挑战

二、深远海漂浮式风机系统设计关键技术

三、深远海漂浮式风机技术创新及应用案例

首先看一下漂浮式风机的基础类型和国内开发漂浮式机组的挑战。这个图片展示的是海上风电发展趋势、演变过程,从陆上向海上,从浅海到深海,从固定式到漂浮式发展过程。各自都有自己的优缺点,都有自己的适用场景,有半潜式,还有驳船式,我们要针对自己项目场景条件最优做一个选择。

这是国外现有一些漂浮式类型,接下来介绍一下国内在开发漂浮式风机遇到的一些问题或者说挑战,大概是两个方面,第一个是台风的影响。做漂浮式的时候,台风对于漂浮式风机的运动响应上部受载机组的运动幅度就会大,运动幅度大对上部传动链的要求以及润滑,整个受载都是非常大的挑战。另外一个挑战就是水深的分布,左边这个图就是挪威海岸水深的分布情况,可以看出来海床趋势是非常陡的,可以在很短的离岸距离达到很深的水深。这样的话,对于浮体的选型有很大的范围,国内可以看到右侧这个图,海床分布是非常平缓的,离岸几十公里,水深才能达到30、40,或者更深的水深离岸距离更远,对于浮体的设计或者选型有一定的局限,我们只能在有限设计范围之内做一个最优的设计,这是两个比较大的挑战和约束。

接下来说一下漂浮式风机设计的关键技术,也是分为五个方面,第一个环境适应性分析。我们确定目标场景以后,我们要深入分析场景的风速情况,台风频发的风速情况以及海浪极端波高的情况。所以前期主要是对环境适应性的分析。第二块要通过适用性分析得到的结果,我们来定制化对机组做一个开发,比如说在一些功能性部件,我们在漂浮式风机传动链或者是润滑系统、密封系统几个方面要做一个特殊的设计。因为漂浮式风机不像固定式风机,塔顶运动是比较小的范围,对于漂浮式上部可能会达到一个5度或者10度正常发电运动幅度,对于一百多米的高度来说,这个角度会达到十几米的运动范围。对于整个机组的可靠性以及润滑的要求都是一些特殊的情况,我们都要提前预判这些状况的发生,提前对这些部件做一个优化。比如说采用一些强制润滑的方式,加深油槽的设计,避免漏油等等,对于密封做一些特殊的设计。当然也是基于传统的紧凑型机组的优势做一些密封的改进等等,这是对机组设计的关键技术。第三个应用一体化设计技术,提前进行设计和预判。一体化工作做完以后,我们还要对整个设计工作做一个验证,比如说室内水池实验室,做一个小模型,在水池内进行一个关键工况的验证。在工况验证之前,我们还要对水池实验的条件做一些校准,比如说造风造浪系统,因为每个水池实验室并不是针对性开发的实验室,要针对这个场景风速的情况和浪的情况进行针对性的校准,避免大风对大浪造出来的影响,不能真实模拟厂址受载的影响。只要确保风浪准确性以后,我们开展工况的验证是非常快的,几天就可以把这个实验做完。这是第一台漂浮式机组在上海交大水池实验室做的实验,做完水池实验,针对运动性能的实验之后,我们对机组的抗震性能也要做一些测试实验。像常规的固定式陆上没有这部分工作,对于漂浮式要模拟长期小加速度下的共振振动情况,以及极端情况下短期剧烈振动的情况,对所有的电器部件做抗震支撑实验校核。

第三部分说一下深远海漂浮式技术创新和案例。具备叶片、齿轮箱、主轴承、发电机、控制系统、电力电子变流器等各关键部件的自主设计制造能力,明阳智能为国内仅有的具备完全自主条件进行一体化建模与模型验证研究的风电设备制造商。中速传动,集成主轴轴承,高效可靠 ,相对于高传动比齿轮箱来说,输出轴的转速不是很大,可以减少高速旋转产生的摩擦和冲击,减少对轴承带来的损害。双列圆锥滚子轴承采用精密预紧技术和超清洁油润滑,保证主轴完美的受力特性和疲劳性能。重要的辅助装置及传感器都进行了冗余安全设计,避免了其中某一部件故障而影响整机的运行。

轻巧紧凑的结构设计创新——体积小、重量轻,半直驱机组因其精巧的结构设计,在同类大兆瓦机组中,充分展示了体积小、重量轻。更小的尺寸和迎风面积,具有优秀的抗台风特定特性。

日本SCD3.2MW漂浮式样机应用案例一:该超紧凑风机已经在日本建立漂浮式样机。叶轮系统采用两叶片设计,从正面和侧面均具有最小的受风面积,大大提升机抗台风性能。该试验风机采用的超紧凑SCD(Super Compact Drive)技术和明阳智能推出的SCD2.5-6.5MW系列风力发电机组同根同源,传动系统包括一个独立的转子轴承、一个两级行星齿轮和一台发电机。具有重量轻、体积小、建设成本低,适宜漂浮式。

阳江沙扒MySE5.5漂浮式样机应用案例二:对于深远海海域应用场景,海上固定式基础已经无法满足开发经济性要求,海上漂浮式风机将是未来深海大趋势的最佳选择解决方案。全球首台抗台风型漂浮式风机成功吊装,这是首个国家级漂浮式示范项目,也是引领我国海上风电行业走向深海的又一重大成果。

技术创新点一:全球领先的抗台风技术,明阳全球首台抗台风漂浮式风机在设计阶段就注入抗台基因,在漂浮式风机研发过程中,基于南海台风、极端海浪等恶劣环境的考虑,明阳智能对此漂浮式风机技术进行深入研究和定制化设计,选用了50年一遇的极端风浪流工况设计,最高可抵抗17级台风。

技术创新点二:全球领先的超紧凑半直驱技术,明阳全球首台抗台风漂浮式风机采用半直驱技术路线,能够做到相比于国内外其他技术路线尺寸更小、重量更轻,从而在匹配不同基础形式时,漂浮式基础的运动响应如横荡、纵荡及垂荡更小,进而从整体上确保海上漂浮式风机的度电成本更低。

技术创新点三:全球领先的漂浮式控制技术,明阳全球首台抗台风漂浮式风机基于系统稳定性的考虑,搭载全球领先的浮体运动控制策略,使得漂浮式机组能适应南海风、浪、流等复杂环境,同时也优化了机组液压润滑冷却系统及偏航系统,解决了因俯仰倾角(纵摇)对机组传动链载荷的影响。

技术创新点四:全球领先的喷射润滑技术,明阳全球首台抗台风漂浮式风机的齿轮和轴承采用定向、定量强制喷射润滑技术,解决了在台风及大风下,风机在100多米高空摇摆晃动齿轮和轴承更加可靠润滑的问题,是未来漂浮式风机晃动的最佳解决方案,更能适应漂浮式风机较大的运动响应。

 

(根据演讲速记整理,未经演讲人审核)