华锐风电研发总监：8-10MW大型海上风电更具经济价值
能见APP讯：10月19日，2016年北京国际风能大会暨展览会在中国国际展览中心召开。华锐风电科技（集团）股份有限公司研发总监马文勇在主论坛上发言，他表示开发适应中国近海资源大型风电机组，要有一些特殊的考虑，国内适用这种三类风区的话，把机组功率等级定位是8兆瓦，叶轮直径需要达到200米，这样才能获得大致在2800左右的小时数，具备一定经济价值。
以下为发言全文：
今天和大家分享的内容是8到10兆瓦大型海上风电机组的技术研究。华锐风电从事风电整机研究十年的历史，有一万余台风机在全国各地包括欧美、南美和非洲进行长期运行，期上有170兆瓦的装机，首批装机已经运行超过五年。
如图，海上风电主要的装机地，在上海和江苏。华锐风电成立之初一直关注海上风电的发展，2008年国内第一台3兆瓦海上风电机组是华锐风电下线的，是为上海东海大桥海上风电场定制的，在2009年首台风机东海大桥风电场吊装，2010年全部34台机组实现了并网发电，2011年华锐风电在国内实现了5兆瓦和6兆瓦风电机组的下线，2012年5兆瓦上海东海大桥二期风电场安装并实现并网，2014年完成了国家科技部支持的863项目，超大型期上风电项目的研究，承担的课题是10兆瓦的级别风电机组的研制，2015年东大桥风电场34台海上风电机组，经过五年平稳顺畅运行，获得了业主的高度好评，又和我们签订了长期的运维的订单。
海上风电成为了市场新兴的热点，2015年年底装机走总量1200万千万，2015年新增是340万千瓦，这样对机型有新的要求，为了实现成本快速下降，单机大容量是海上风电主要的发展趋势，国外大的整机商场西门子阿尔斯通7兆瓦已经进入商业运行，维斯塔斯正在进行10兆瓦的机组研制。国内8到10兆瓦的机组也有多家企业正在研制工作。
已经投入运行的海上风电，功率等级是7到8兆瓦左右，叶轮直径是160到180米。大型海上风电机组技术路线做一下分析，技术路线首先关注的是直驱型还是带齿轮箱的，目前统计和整理，已经投入运行的大型机组发现这两个路线是并列齐驱的趋势，西门子的7兆瓦、阿尔斯通7兆瓦是采取直驱，维斯塔斯目前有半驱型，这两种技术路线，直驱由于缺乏齿轮箱整个结构简单，保证电机可靠性前提下整机可靠性比较高，但是发电机设计和制造难度加大，7兆瓦以上大功率级别，电机的尺寸和重量很大，如果要做分瓣式电机工艺保障有挑战，海上风电涉及到防腐和散热是相对矛盾的问题，如何大机组上实现平衡也是比较难的地方。直驱型机组一旦发生电机故障必须进行整体的拆卸，有齿轮箱的半驱机组，把电机和齿轮箱在一定范围内进行了合理的优化，保持一定速比的齿轮箱，这样把电机和齿轮箱制造难度降低可靠性也比较高，多了分布箱，考虑到制造和开发的可靠性，整体的效率和可靠性上是一致的，不存在哪种技术路线有明显的优势。
直驱和半驱是并列齐驱的，整个发电机变压器和变流器采用中高压是达成了共识，目前所有的开发机组都已经不再采用690低压的方案，这是考虑成本和效率的因素。全功率变频也是大家的共识。
大型海上风电机组的现状，大型海上机组的开发首先要考虑中国风资源，如图，中国近海风资源图，简单做个分类，除了中部向上的年平均风速是7.5米上下，涉及到的省市是江苏、山东、河北、辽宁，浙江往南至福建是超过十米和十米以下一类风，中间很小一段是二类风，趋势可以看出近海的风资源三类分比较多，还有另外的特点是欧洲不具备的方面，台风比较的频繁，很多沿海区域一年登录台风超过五个以上。
开发适应中国近海资源大型风电机组，要有一些特殊的考虑，欧洲一些机组开发可以叶轮直径相对比较小，单位千瓦扫风效率并不高，国内适用这种三类风区的话，把机组功率等级定位是8兆瓦，叶轮直径需要达到200米，这样才能获得大致在2800左右的小时数，具备一定经济价值。
针对以上中国近海的资源和目前整个大功率机组的技术路线的分析，华锐风电，在之前还是国家科技部、863项目基础上，开发了SL8.X2版功率等级是8到10兆瓦之间，不同的风资源进行定制，适应的风区是木风区是三类、二类风区，设计寿命是25年，技术路线是带齿轮箱的增速型。
技术特点做一些探讨，关于叶片，8兆瓦以上即便的大型海上风机开发叶片是难点，叶片的长度是97.5米以上，采用传统的材料，叶片的制造和工艺可靠性能够有很好的保障，但是叶片重量会比较重，应该是62吨以上，碳纤维是目前叶片领域的比较好的替代方案，但是碳纤维成本还是相对比较高，如果把整机叶片全部采用碳纤维的话，成本做整体的平衡当前的阶段还是有很大成本压力，因此这款机组的开发过程中，定位是主梁采用碳纤维，这样可以平衡重量和成本的矛盾点。
整机的载荷消减的技术，8到10兆瓦的大型机组，如果不采用三个叶片分别的控制，整体载荷会大幅度的增加，我们设计开发过程中采用了独自变桨理论进行载荷的计算。另外一个方面重要的方案，要进行激光提前的测风，这样可以在阵风载荷进行有效的消减，如图，采用了载荷消减后的载荷对比。
传动系统，我们采用的是半直驱型，把齿轮箱和发电机是用直连的方案，齿轮箱速比和发电机级数经过多轮仿真和优化都是双方比较合理性价比的数值，整机仿真是我们一起做的，发电机和齿轮箱认为专业的部件还是由专业人士完成，这是传动链上的方案。
电极系统这款机型采用了3.3千伏中压，是全功率变频。大型海上风电机组智能监控和故障预警系统必不可少，把整个机组状态和故障点要实时的采集，通过后台的专家系统进行诊断和提前预判，实现故障前的预警处理，这样的基础上还认为在这种大型海上机组上必须要有海上的运营维护系统，时目的是期上机组出现了齿轮箱和发电机由于一些故障需要更换，不需要调用大型的吊装船，通过运行维护系统结合小型的工装设备就可以把大部件顺利的更换，这种技术是华锐风电3兆瓦和5、6兆瓦机组上通用。3兆瓦实际使用过程中，有一个案例是换一台齿轮箱大型海装船费用是八百多万，使用自维护的系统50多万就完成了更换。
以上是技术细节的分享，我们开发这款产品过程中也遇到了一些困难，这也是整个整机制造业共同的难点，整机的仿真模型缺少实测数据的验证，仿真软件也是没有经过验证的。第二超过一百米以上的长叶片接近一百米长叶片，设计是大功率机组的具备因素，不仅是材料也包括设计和实验领域。第三完成样机试制后经过场内全工矿模拟严格的时间过程，要完成这样的实验，必须要有测试能力非常大的实验平台，这个实验平台建设需要巨大的投入，它制约着样机可靠性的保障。
以上是我的发言内容，谢谢大家！
主持人：华锐风电也是风电行业的龙头企业，曾经第一次将3兆瓦机组批量化，在海上陆上批量化，这次5、6兆瓦的机组下海安装实验，可能是走了一些弯路，现在华锐风电又重整旗鼓，重回队伍中，我们也希望华锐风电尽快能够打出原来的气势。
