高塔技術(shù)助力分散式風電平價上網(wǎng)
2020年10月14日,浙江運達風電股份有限公司技術(shù)中心副主任羅勇水在2020北京國際風能大會暨展覽會(CWP 2020)上作了題為《高塔技術(shù)助力分散式風電平價上網(wǎng)》主題演講。
以下為發(fā)言實錄:
羅勇水:大家好,很高興和各位朋友一起交流學習。前面幾位朋友做分散式風電更多維度從行業(yè)解決方案和如何提供整套方案的角度,而我更關(guān)注于產(chǎn)品,一個高可靠性的產(chǎn)品如何助力分散式平價上網(wǎng),所以我研究題目是“高塔技術(shù)助力分散式平價上網(wǎng)”。
分散式風電高塔技術(shù)分為三塊,第一高塔技術(shù)發(fā)展需求,柔塔安全關(guān)鍵技術(shù),隨著塔架越來越高,為了追求低的ICOE,柔性塔安全性行業(yè)非常關(guān)注,這塊如何形成有效安全技術(shù)是行業(yè)的重點,第三超高塔架未來展望,隨著行業(yè)需求以及技術(shù)發(fā)展,160米甚至180米更高塔架如何提供技術(shù)支撐和產(chǎn)品解決方案。
第一塊做了風電評價的參考,相當于針對中國大陸地區(qū)平價從各個省脫硫電價返算,以及各個省開發(fā)投資來算,這里提到幾方面。第一相對來說綠色區(qū)域是平價區(qū)域,平價市場來了以后像狼來了以后還能不能勝出,能不能推進整個市場,各個省份如何做好平價有一個返算。黃色區(qū)域有部分可以做到平價,紅色地區(qū)是部分可以平價,也需要相關(guān)技術(shù)和相關(guān)產(chǎn)品來突破支撐平價市場,所以說這一塊想給大家引出來,中東部地區(qū)有些省份相對容易,但是有些省份在技術(shù)和產(chǎn)品這塊需要有一定突破和支撐。
所以針對中部平原也是分散式發(fā)電主要區(qū)域,中部平原風速低、切片大,高塔技術(shù)因為市場需求以及產(chǎn)品競爭力所帶來的,從右下方2015—2019年公開可查詢數(shù)據(jù),新增容量是非常大的,中部地區(qū)累計裝機容量,從這兩張圖可以看到中低部是整個風電廠新增容量非常重要的一塊,這是一。第二在整個中低部低風速地區(qū),我們?nèi)绾巫龅揭粋€解決方案,其實大家看右上面一張圖,縱坐標是SOE,橫坐標是輪轂中心高,更高的塔架和相關(guān)產(chǎn)品技術(shù)是提供最優(yōu)ICOE的途徑,這張途徑根據(jù)成熟140途徑做,如果160和180技術(shù)做,如果160以及180技術(shù)做的更好,而且產(chǎn)品提供更大競爭線的話,整條曲線還可以做的更低,從這個角度為平價市場提供很好的支撐。
從剛才講到高塔產(chǎn)品可以從兩個維度,左邊那張圖是2019年新增風電機組輪轂高度的分布,常規(guī)塔架90米占比比較多,在100米、125米、130米、140米,相當于120米及以上高塔市場,140米占比是非常大的,這是從輪轂的維度。從右邊這個維度是現(xiàn)在行業(yè)主力機型匹配輪轂高度,也可以看得出來140米現(xiàn)在來說高塔這塊絕對中流砥柱,140米目前行業(yè)能提供一個是柔性塔架技術(shù),第二是混塔技術(shù),這兩個技術(shù)對于行業(yè)都在使用,相對而言柔性塔架技術(shù)在行業(yè)裝機容量更多。
所以針對于市場需求以及目前140米在行業(yè)里面應(yīng)用量以及技術(shù)特性,所以說下一張關(guān)于柔性塔架安全關(guān)鍵技術(shù)的介紹,柔性塔架大家通常理解的,高塔在扭腰,仔細看它晃動非常大,而且停機狀態(tài)下,柔性塔架最關(guān)鍵兩項技術(shù),一項是共振穿越。我們可以簡單看一下,鋼性塔架是指一級固有頻率1—3級之間,柔性塔架指固有頻率低于1P,跟1P需要交叉,交叉點是共振點,這是運行過程中。第二渦激共振技術(shù)及抑制研究,渦激是一個動圖,相對來說大家前一陣子包括行業(yè)虎門大橋或者相關(guān)都了解過,所以在渦激這一塊設(shè)計范疇是非常廣的,從調(diào)光階段、整機并網(wǎng)前,整機并網(wǎng)20年之內(nèi)風電廠斷電怎么處理,偏航故障怎么處理,大部件維修,排放編輯怎么處理,它需要的是整體的解決方案。
針對共振穿越技術(shù)這塊,右下角這張圖大家可以看到在中間有一段是塔架固有頻率,跟1P提升過程中交接處,我們提出快速穿越轉(zhuǎn)速的共振技術(shù),柔性塔架本身鋼度的下降,同樣的推力下威力肯定變大,相應(yīng)其他振動也會提升,所以說我們提出來塔架主動控制技術(shù)、動態(tài)推力削減技術(shù)和載荷最優(yōu)停止控制策略技術(shù),這些技術(shù)支撐機組平穩(wěn)運行,同時在安全情況下提升最好的發(fā)電量。
而對于第二塊就是渦激技術(shù),從分析角度看,這個階段大家可以看到左邊是結(jié)構(gòu)模態(tài)的分析,這是吊裝階段有渦激風險,運行階段有一階、二階前兩階的運行風險,行業(yè)朋友可能會知道現(xiàn)在機組停機狀態(tài)下沒有并網(wǎng)前,葉片渦激跟塔架渦激耦合共振,葉片和塔架兩個渦激在一起會形成更大的渦激,所以葉片渦激遠遠大于塔架的渦激,我們有大量數(shù)據(jù)進行分析的。
從葉片脫落渦的選擇、葉片的距離這些都需要深入分析和研究,從技術(shù)研究角度從激發(fā)風速、鎖屏現(xiàn)象、耦合共振的等原因分析機理側(cè)。
既然研究了機理側(cè),我們怎么樣處理這些問題,發(fā)現(xiàn)了問題怎么解決呢?所以在這一塊,首先吊裝階段相對來說是行業(yè)大家在應(yīng)用也是比較成熟的,比如采用抗渦激或者擾流條,一個項目從吊裝完到并網(wǎng)是有時間的,這時候如何保證機組的安全,剛才跟大家介紹過了,這時候機組渦激風險還是非常大的。第二并網(wǎng)生命周期有20年的運行,20年大部件維修怎么辦,作為渦激來說跟風向90度,偏行會有故障、機組會斷電、大部件會維修,風向偏行理論上可行,實操性不行,因為太多不可控因素,對于機組斷電、偏航故障、大部件檢修、維護維修測試,這些方案以及臺風來了之后,很多地方直面臺風是要停機的,這些情況下我們該怎么處理呢?所以提出了運達抗渦激的運行模式,不增加任何成本情況下,我們可以讓機組自動調(diào)整到一個姿態(tài)和一個角度形成抗渦激的方式,這個渦激進行大量測試,同時相關(guān)發(fā)明專利申報,各方面支撐知識產(chǎn)權(quán)。
如果是采用這種方式不需要成本增加,而且是機組自響應(yīng)不需要人工參與這種方式,如果是主機器或者其他方式,成本、安裝、維修都會增加,這個方式會更可靠。
同時針對剛才提到這個方式進行了大量的測試做支撐,從結(jié)構(gòu)的主流,形成振動幾方面,第一顧有頻率,它的頻率跟激勵頻率鎖屏現(xiàn)象研究,以及鎖屏激發(fā)風速研究。振動起來鎖屏什么狀態(tài),鎖屏取代政府和各方面能不能快速得到響應(yīng)。第三本體控制策略有效性,所以右邊有抗渦激的效果圖,剛開始的振動,開啟這個模式振動力馬下來,有效支撐模式的運行。
第二指二階,剛剛講了一階的形式,一階這樣混,二階是中間混,二階在目前研究領(lǐng)域以及相關(guān)大批量應(yīng)用提供阻尼的方式,有TLD和TMD兩種模式,理論上可行還需要考慮工程實際,所以采用特殊的方式,塔筒廠內(nèi)預(yù)裝的形式,我們在塔筒廠完成了工作,后面工作是免維護的方式完成效果。右邊效果圖可以看到加阻前和加阻后,這個范圍可以提高80%,取決于不同項目進行定制化的設(shè)計,根據(jù)不同項目渦激風險性可以進行好的解決方案、調(diào)配和針對性設(shè)計完成安全。
所以柔性塔架的運行給行業(yè)帶來更好的解決方案,同時它的安全性和高可靠性也是行業(yè)需要關(guān)注和重點研究的一項技術(shù),所以在這一塊兩方面研究保證產(chǎn)品高的可靠性。
除了大家介紹交流的140米,現(xiàn)在行業(yè)正在做如何高可靠性的技術(shù),其實更高塔架會提供更好的ICOE,更高塔架對于技術(shù)上也是要求新的技術(shù)變革或者新的技術(shù)支撐。左邊這張圖大家可以看到這是趨勢圖,現(xiàn)在塔架往更高走這是行業(yè)趨勢也是發(fā)展趨勢,但是右邊這張圖是什么意思呢?柔性塔架的高度增加會帶來很多不可預(yù)知的風險,這里給大家舉一個例。
目前測風基本上都是0—200米的高度,200米以上有高空激流,高空激流跟風期變不是一個概念,所以在200米以上如果塔架更高,加上葉片在200米以上高空激流我們研究和技術(shù)怎么突破呢?所以說對于運行條件更惡劣,尤其是高空激流如何處理呢?以及塔架高了之后整體鋼性下降,它的阻尼更小、運行風險更大。所以柔性塔架140之后,整個行業(yè)150、160甚至更高,柔性塔架雖然大家在研究,整個產(chǎn)品推出比較慢,更高之后風險性不是直線上升而是幾何上升的方式,柔性塔架安全性和風險性也是行業(yè)需要注意和控制的。
對于更高塔架的方式不局限于柔性塔架的方式,這里提出來現(xiàn)在鋼制塔架占比非常大,實際上到更長一段時間,混凝土塔架或者其他塔架占比也會提升,從這方面大家可以看出來,包括現(xiàn)在已經(jīng)有的分布式塔架等等在行業(yè)推廣和技術(shù)研究的一塊內(nèi)容,從混塔、分片式鋼塔、分片式混塔,這是行業(yè)里有樣機和相關(guān)技術(shù)在做支撐和發(fā)展的。
對于這塊運達結(jié)合目前的情況,我們提出了運達166米混塔的方案,第一安全性高,且20年免維護,箱變內(nèi)置,減少征地投資,高度可變,160—170,不同項目可以匹配不同機型和分輪直徑匹配不同經(jīng)濟性。
20年免維護,一個塔架維護工作主要是螺栓,本身螺栓連接是需要禁錮,塔架本身維護工作很少,混凝土塔架由運力鎖力檢測相對平穩(wěn),會隨著風速的波動或者溫度的交變,因為混凝土有熱脹冷縮有一定變化,整體趨勢非常平穩(wěn)滿足預(yù)期,所以這個狀態(tài)下以及設(shè)計之處滿足了數(shù)據(jù)特性,所以提出20年免維護的特性,混凝土塔架本體方案不需要研修和維護運力鎖。
箱變都是屬于機組外的征地,第一解決征地,把箱變放到塔筒變流器以下,要解決三個問題,箱變在封閉環(huán)境下安全性要考慮,要把箱變內(nèi)置為單臺機組節(jié)省不少成本,這也是助力平價時代。第三模塊化配置,高塔架可以匹配運達3GW、4GW的平臺,匹配不同分論直徑、不同機組搭配高度提供更好平價解決方案的市場,從這兩個平臺可以看到是三電屏,電器方案穩(wěn)定性更高,第二成本更低。
第二分輪直徑是可變的,我們利用三兆平臺可以從156—164,四兆平臺156—175,我們都可以匹配不同的市場來匹配不同的葉輪直徑,同時他們高度是可選的,以及機艙的重量,微微作為專項去提呢,低成本要求輕量化做設(shè)計,輕量化和高可靠性要捆綁在一起,單千瓦少于30公斤是什么概念呢?我是3.3的機組,我的重量小于100噸,也就是機倉3.3小于100噸,4兆瓦也就是110多,我們在輕量化做了相關(guān)工作同時也有技術(shù)研究,解決方案匹配助力分散式上網(wǎng)風電的情況。
謝謝大家!
(根據(jù)速記整理,未經(jīng)本人審核)
責任編輯:張桂庭
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