10MW级海上风电机组技术讲座课件.pptx

1、10MW风电机组技术行业背景行业背景10MW难点及关键技术难点及关键技术10MW研制情况研制情况 科技科技部项目申报情况部项目申报情况1.1 国家和地方关于发展大功国家和地方关于发展大功率率海上海上风风电机电机组组的政的政策策规规划划（1）风电发展）风电发展“十三五十三五”规划规划-促进技术自主促进技术自主 创新创新（2）能源技术创新）能源技术创新“十三五规划十三五规划”-重点任务重点任务（3）山东省）山东省“十三五十三五”战略性新兴产业发展规战略性新兴产业发展规划划-重重点发展产点发展产业业-绿色产业绿色产业（4）科技部）科技部“可再生能源与氢能技术可再生能源与氢能技术”重点专项，重点专项，

2、“面向深远海的大功率海上风电机组及关键部件设计面向深远海的大功率海上风电机组及关键部件设计 研发研发”，机组的额定功率不小于，机组的额定功率不小于10MW。规划指导意义强规划指导意义强，10MW级海级海上上风电机风电机组组将成将成为为未来海未来海上上风电风电的的主力主力机机型型。1.2 市场表现市场表现+42%+97%+64%数据来源：CWEA 2018年中国风电吊装容量统计简报-风能2019年04期风电发展风电发展“十三五十三五”规规划划行业背景行业背景10MW难点及关键技术难点及关键技术10MW研制情况研制情况 科技科技部项目申报情况部项目申报情况2009年年国家海上国家海上风电风电工工程

3、程 技术研究技术研究中心中心成成立立2010年年2月月5 M W 机机组研制组研制5 M W 样样 机机 示范示范2012年年9月月H 1 7 1-5 M W立项开发立项开发2015年年12月月样机 研制关键技 升级 术研究 换代研究内容研究内容演变演变项目项目立项背景立项背景H 1 7 1-5 M W样机示范样机示范2017年年9月月1 0 M W 机机组组 研制研制2017年年11月月H 152-6.2M WH171-6.2MW时间时间风机风机可利可利用用率率%发电发电量量MWh 等效等效满发满发小小时数时数h01月月02月月03月月04月月05月月06月月07月月08月月09月月10月月

4、11月月12月月总计总计H151-5MW运行数据运行数据时间时间风机风机可利可利用用率率%发电发电量量MWh等效等效满发满发小小时数时数h01月月02月月03月月04月月05月月06月月07月月08月月09月月10月月11月月12月月总计总计H171-5MW运行数据运行数据低风速造诣：低风速造诣：H151-5MWH151-5MW机组创造了机组创造了20132013年的全球最大风轮记录年的全球最大风轮记录H171-5MWH171-5MW机组创造了机组创造了20172017年的全球最大风轮记录，使长江口年的全球最大风轮记录，使长江口 以北的低风速海域具备了开发价值，被评为以北的低风速海域具备了开发

5、价值，被评为20182018年度最佳机型，年度最佳机型，也被鉴定为海上低风速全球领先。也被鉴定为海上低风速全球领先。在使用和协同设计碳纤维、大叶片上积累丰富经验。在使用和协同设计碳纤维、大叶片上积累丰富经验。低平均低平均 高高极端极端投资成本高投资成本高可达性差可达性差腐蚀腐蚀高温高温施工窗施工窗 口口期短期短度电成本示意？主要矛盾：主要矛盾：功率大、风轮功率大、风轮大大、度度电电成本成本低低Vs零部件设零部件设计制计制造技术成造技术成熟度熟度不够不够、成本高成本高根据根据windmonitor研究趋研究趋势势判判断断7MW机机组组需需要要180m+风风轮直轮直径（高风径（高风速机速机型所需的

6、型所需的风轮风轮直径略小直径略小，低风速机型所需的风轮直径低风速机型所需的风轮直径略略大）。大）。根据根据DTU推断推断，90m长长度度下下：碳纤叶片预计重量碳纤叶片预计重量为为40t常规玻纤叶片预计重量为常规玻纤叶片预计重量为52t几乎是现有几乎是现有5MW叶叶片片重量重量的的1.5倍倍叶片长度、重量、载荷、发电量、整机成本多条件相互制约。叶片长度、重量、载荷、发电量、整机成本多条件相互制约。发电量数据发电量数据载荷数据库载荷数据库零部件成本与载荷模型零部件成本与载荷模型 度电成本计算度电成本计算评估功率等级与叶评估功率等级与叶片长度片长度针对载荷状态的全域感知技术基于半物理模型的载荷重构及

7、疲劳损伤监控技术基于多元感知的实时+半实时降载技术基于载荷感知的疲 劳载荷控制技术集 群H171已攻克技术已攻克技术超长型轻量化叶片设计技术；大型海上风电叶片载荷优化技术；大厚度碳纤维主梁真空灌注成型技术；大厚度碳纤维无损检测技术研究；碳纤维叶片防雷技术及避雷铜网修复技术；海上风电叶片前缘防护新技术；100m叶片面临的新挑战叶片面临的新挑战气动和气弹非线性更加严重；新材料、新工艺、新结构形式，有效控制叶片重量，充分发挥材料 和结构性能；大尺寸叶片铺层定位、铺放及平整度控制将需要自动化设备运输和安装需要新的运输和吊装设备；大叶片的造价急剧增加，急待开展成本控制技术研究；面临问题：面临问题：如何选

8、择一条安全如何选择一条安全又经济的路线。又经济的路线。液压液压变桨变桨电动电动 变桨变桨国内拥有国内拥有较强较强技术实力技术实力，设计及运行维护经验成设计及运行维护经验成 熟熟。主要以主要以VESTAS、SG为代为代 表。表。国内应用案例较少，技术国内应用案例较少，技术实力尚待提升。实力尚待提升。图 多驱传动试验平台通过对液压变桨和电动变桨在设计方案、开发成本、可维护性、产品成熟度、技术延续性等多方面的对通过对液压变桨和电动变桨在设计方案、开发成本、可维护性、产品成熟度、技术延续性等多方面的对 比分析，在单驱动变桨技术的基础上比分析，在单驱动变桨技术的基础上，中国海装选择了开发双驱变桨系统技术

9、路线。中国海装选择了开发双驱变桨系统技术路线。同同时，时，开发开发模模拟变桨系拟变桨系统统实际运行工实际运行工况况的的 双双驱驱/多驱变桨多驱变桨测试测试平平台台，充，充分确分确保设计开保设计开发、发、测试验测试验证证的的 闭环闭环。转速平稳性、负荷平衡性。转速平稳性、负荷平衡性。开展多失效模式下的安全性论证，及闭环逻辑设计开展多失效模式下的安全性论证，及闭环逻辑设计等等结构紧凑电机巨大、重心靠前、弯矩大 制造难度大可维性差，维护成本高 零部件少，理论可靠性高直驱高速永磁中速永磁结构较紧凑风轮、传动链布局合理，利于平衡 零部件加工精度高吊装、维护较易 成本较低传动链长风轮、传动链布局合理，利于

10、平衡 制造难度相对降低吊装、维护较易 成本较低发电机轴承润滑 齿轮箱轴承电腐蚀 主轴承的游隙控制考虑可维护性，保证装配精度等中速中压发电系统的稳定控制发电系统采用中速永磁发电机+中压全功率变流器，需解决变流器低载波特性导致的发电机 转矩脉动大和网侧电流谐波大等问题。行业背景行业背景10MW难点及关键技术难点及关键技术10MW研制情况研制情况 科技科技部项目申报情况部项目申报情况 大功率整机及技术路线 变桨系统、发电机、变流器、变 压器 轴承、齿轮箱、铸造件、锻造件 制造、运输、吊装 变桨系统 主轴承系统 传动链系统 发电系统.长度区间、功 率区间的整机 载荷计算确定叶片长度、功率等级等迭代分析

11、控制降载整机及零部件 载荷三大轴承三大齿轮箱轴承变桨 轴承主轴承偏航轴承齿轮箱变桨齿 轮箱主齿轮箱偏航齿 轮箱 完成轮毂、主轴、轴承座、机架设计及 有限元计算；完成罩壳主体结构设计结0构4件机舱布局 可维护、易维修；人机工程学应用；环境友好型布局行业背景行业背景10MW难点及关键技术难点及关键技术10MW研制情况研制情况 科技科技部项目申报情况部项目申报情况鉴于海装目前设计的10MW正切合科 技部10MW的项目要求，叶片100米，功 率10MW，以及重量要求等。因此，我们也在结合各参与单位的优 势及已有工作基础，组织申报工作，希望 各位领导专家多指点。“可再生能源与氢能技术”重点专项 2019年度项目指南作为作为“国家海上风电工程技术研究中心国家海上风电工程技术研究中心”的依托单位，中国海装希望加的依托单位，中国海装希望加强强 与行业的协作，共同促进行业的良性发展。与行业的协作，共同促进行业的良性发展。