中车永济电机有限公司总经理助理段志强:风力发电机关键技术及发展趋势

能见App 2023年10月18日 31806

2023年10月16日-19日,2023北京国际风能大会暨展览会(CWP2023)在北京如约召开。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,聚焦中国能源革命的未来。

本届大会以“构筑全球稳定供应链 共建能源转型新未来”为主题,将历时四天,包括开幕式、主旨发言、高峰对话、创新剧场以及关于“全球风电产业布局及供应链安全”“双碳时代下的风电技术发展前景”“国际风电市场发展动态及投资机会”“风电机组可靠性论坛”等不同主题的21个分论坛。能见App全程直播本次大会。

10月18日上午,中车永济电机有限公司总经理助理段志强在风电产业技术创新论坛I上发表题为《风力发电机关键技术及发展趋势》的主题演讲。

以下为发言全文:

大家上午好,今天和大家分享一下风电上用的发电机,主要是把主要产品给大家做介绍,中间有一些大的发展方向和趋势,给大家做交流。

3060政策目标和规划导致这几年的装机有比较大的增长,2023年-2025年每年有6-7000万千瓦的装机,在“十四五”期间预计是7000万千瓦左右。

“双馈”现在用的少了,“直驱”由于成本挑战也逐渐变少,半直驱和传动链,这都是比较热门的路线。

“双馈”为什么会成为主流?也是靠它的经济性。陆上昨天和今天在不同场合发布大兆瓦“双馈”电机,现在发布最大15兆瓦。今年已经给国内不同厂家做到12兆瓦,主要还是因为它的成本问题,考虑到海上的恶劣工况,现在从维护角度考虑半直驱作为主要的技术路线,海上8兆瓦以上基本上用的半直驱多一点,也有“双馈”。

这是“双馈”电机的参数,通过不同的冷却方式。低压从690V到1140V,现在还有一些企业做10.5KV。传动链,今年6月份下线全球最大20兆瓦的半直驱。

下面说一下风电的关键技术,行业发展和新技术、新材料不断的涌现,针对不同的环境和应用场景,也需要有不同定制化技术结构。从电机方面来说是从绝缘和防腐技术,以及通过关键部件的卡脖子问题。电机方面,最开始做精准的设计,怎么样设计比较好的方案?现在实现电机和系统一体化的设计方式,包括电机和变流器和整个系统一体化设计模式,保证电机电池设计的准确性。

结构的可靠性和轻量化,现在风机越来越大,可靠性也是最为关注的。现在的迭代速度特别快,以前1.5兆瓦和2兆瓦风机卖5年-10年,现在可以看到风机到2-3年生命周期就结束了,更快的可能是1年。大兆瓦越来越多,怎么样保证迭代速度快和运营的可靠性?设计技术在电机上起到关键的作用。现在塔桶越来越高,也越来越重,如何做轻量化的设计?也是巨大的挑战。

冷却技术,如何把电机体积做小?这也是很大的挑战。现在直冷用的越来越多,还有用水冷和高效的冷却方式,怎么样把电机做小,冷却起到了关键的作用。

“双馈”滑环系统,早期出现了很多的问题,现在滑环可靠性的设计,也是摆在我们面前的问题,包括碳刷的分布和数量,以及均流。现在电特别多,如何保证每一个电栓的电流是均匀的?整个结构布置也是非常重要的方向。

多场耦合,而不单单是电池场,包括电、流、固,它应该是一个耦合体。要把这些相互关联的做耦合设计,这样对于仿真分析技术和验证技术、测试技术,也要进行不同的关注和提升。通过多场耦合,保证整个电机设计的精准性,目前我们也是一直在这样做的。

传动链,以前最早是电机和储存是有连接器的,现在为了缩短操作链的长度,现在基本上半直驱都是这种路线。最上面的是主轴、齿轮箱、电机做集成,刚刚前面专家也讲到,这也是新的技术,怎么样保证传动链的可靠性?这也是目前要密切关注的问题。传动完之后,电机有电流和电压,可能对于传动系统的影响,这也是目前摆在行业面前比较难的问题。

绝缘,随着高压的应用现在到10.5kV,稳定性如何保证?电压高、环境差下,绝缘设计的可靠性要比以前更加的关注。以前对于低压来说可能不是问题,现在随着电压的提高和环境越来越弱化,对于绝缘的要求也越来越高。

试验验证技术,迭代速度越来越快,前几年是1.5MW,现在都是12-15MW。现在实验技术能不能跟得上,实验内容是不是很完整?实验的关键是很关键。目前是全球做20MW和“双馈”,怎么样保证大兆瓦的电机除了可靠性,从材料和部件、整机测试都在做相关的测试?中间还有一个疲劳测试,怎么样模拟电机在20年,包括25年寿命周期内的疲劳测试?这方面做的比较小。但是我们有一个疲劳测试台,可以模拟整个疲劳测试,保证电机出厂之后是可靠的。引述线、滑环怎么样在20-25年运行期间不出问题?虽然设计没有问题,但是怎么样保证可靠就是做疲劳测试。

智能化,更大更远之后我们去运维特别困难,怎么样做智能化的设计?所以现在研发智能运维技术。

发展趋势,大容量、电压越来越高、成本要求越来越低、轻量化智能化,这个是目前我们认为后续的发展方向。大之后,怎么样做的更可靠?更智能?这个是我们作为电机重点研究方向。

海上机组,最近发布有18MW和20MW的。漂浮式,国家要求30公里之外,这也是发展的方向。低成本,作为电机首先是标准化模块化在做。轻量化和智能化,我们已经开发出一个产品,直接可以在风机上去装,把接口无限传输,现在有的电机可以装或者以前的电机装上去,可以把振动噪声传出来,给大家做故障的分析。

后续如果大家有什么需求或者交流的,可以和我们做联系,时间关系不多说了,谢谢大家。

 

(根据演讲速记整理,未经演讲人审核)

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