金風科技海上風電技術探索

1、金風科技海上風電技術探索石磊2010年8月R&D CENTER OF OFFSHORE WIND.OFFISHORE WIND TECHNOLOGYAug 20102007年11月，利用原有的單點導管架，與中海油合作在渤海遼東灣南部海域綏中36-1油田安裝了一臺70/1500風電機組，距岸距離為70 km。此項目2007年3月啟動，至2008年1月完成試運行。R&D CENTER OF OFFSHORE WIND.OFFISHORE WIND TECHNOLOGYAug 2010項目的研究課題：1、海上風力發(fā)電機組適應性研究- 金風科技2、海上機組風柴系統(tǒng)聯調研究-海油研究中心

2、3、風力發(fā)電機組整體吊裝研究- 海王星公司4、風力發(fā)電機組海上整體運輸研究程學院5、風力發(fā)電機組海上運行維護研究6、導管架帽、機組整機載荷分析- 哈爾濱船舶工- 平臺維護公司- 中國石油大學R&D CENTER OF OFFSHORE WIND.OFFISHORE WIND TECHNOLOGYAug 2010主要問題：1、機組設計轉速范圍為917.3rpm，但會與機組和平臺的整體頻率0.6Hz發(fā)生共振，通過調整控制策略，避免共振。2、受天氣條件以及登錄方式的限制，導致機組可進入性差，造成機組可利用率小于70%。3、除在機組的生產過程中，一些部件的防腐存在質量問題，進行了返工處理外，目

3、前為止運行2年多的整機防腐沒有出現問題。R&D CENTER OF OFFSHORE WIND.OFFISHORE WIND TECHNOLOGYAug 2010R&D CENTER OF OFFSHORE WIND.OFFISHORE WIND TECHNOLOGYAug 2010R&D CENTER OF OFFSHORE WIND.OFFISHORE WIND TECHNOLOGYAug 2010海上風資源的特點是：風速高，風能資源比陸上大，從而使風電場發(fā)電運行效率高；同時海上風資源湍流強度小、盛行風向變化小、系統(tǒng)穩(wěn)定性好，風機的疲勞載荷相對較小。中國近海長江近海

4、口以南大部分近海海域年平均風速達8m/s以上，臺灣海峽中部達9m/s以上；以北風速6-8m/s。圖片來源：中國近海風電場開發(fā)指南R&D CENTER OF OFFSHORE WIND.OFFISHORE WIND TECHNOLOGYAug 2010圖片來源：中國近海風電場開發(fā)指南R&D CENTER OF OFFSHORE WIND.OFFISHORE WIND TECHNOLOGYAug 2010江蘇近海有世界上最大的輻射沙洲，由70多條沙脊以及沙脊之間的潮流通道組成，南北長200km，東西寬140km。該區(qū)域特殊的地質條件給風電開發(fā)提出了新的課題。R&D CENT

5、ER OF OFFSHORE WIND.OFFISHORE WIND TECHNOLOGYAug 2010針對中國海上特定區(qū)域風資源、氣候條件、地質狀況等因素，風力發(fā)電機組需進行專項設計。R&D CENTER OF OFFSHORE WIND.OFFISHORE WIND TECHNOLOGYAug 2010海域主要關注點渤海海域海水結冰、溫帶氣旋引發(fā)的風暴潮山東半島南部鄰近海域海霧對機組安全及運行維護的影響蘇北海域低風速、軟地質對風機及基礎的影響長江口以南至福建北部海域臺風路徑的多變臺灣海峽風電機組的疲勞載荷廣東、廣西、海南東部海域臺風極限風速的影響北部灣海域風向突變、極大風速總體設

6、計-載荷設計風資源、氣候特性海洋水文海洋地質R&D CENTER OF OFFSHORE WIND.OFFISHORE WIND TECHNOLOGYAug 2010總體設計-載荷設計海、陸風力機組載荷對比樣例：三葉片，直徑106m輪轂高度90m（相對泥面）水深15m ，波高3.0m多樁基礎極限風速37.5m/s（10分鐘）R&D CENTER OF OFFSHORE WIND.OFFISHORE WIND TECHNOLOGYAug 2010海、陸載荷對比結果：基礎底部輪轂中心塔架底部葉片根部R&D CENTER OF OFFSHORE WIND.OFFISHORE

7、WIND TECHNOLOGYAug 2010防腐密封海洋工程結構不同部位的腐蝕·····大氣區(qū)飛濺區(qū)潮差區(qū)全浸區(qū)海泥區(qū)R&D CENTER OF OFFSHORE WIND.OFFISHORE WIND TECHNOLOGYAug 2010防腐密封參考規(guī)范：·GB/T 19292.1-2003 金屬和合金的腐蝕大氣腐蝕性分類·ISO 12944 防護漆體系對鋼結構的腐蝕防護·ISO 20340 海洋工程及相關結構的防護漆防腐·NORSOK M501 海洋工程的表面處理和涂裝·常用防護方

8、法：·結構表面采用涂層防腐·設置陰極保護系統(tǒng)·提高鋼材厚度余量以補償腐蝕損失R&D CENTER OF OFFSHORE WIND.OFFISHORE WIND TECHNOLOGYAug 2010防腐密封海上風機防腐等級：·中國沿海屬濕熱、亞濕熱或暖濕氣候，其大氣環(huán)境腐蝕性分級設定為C5-M（海洋）·規(guī)范IEC 61400-3：2009對風力發(fā)電機組各部分的防腐等級規(guī)定如下：R&D CENTER OF OFFSHORE WIND.OFFISHORE WIND TECHNOLOGYAug 2010防腐密封100%密封？·

9、; 微正壓控制· 一次鹽霧過濾100%密封？R&D CENTER OF OFFSHORE WIND.OFFISHORE WIND TECHNOLOGYAug 2010防腐密封除濕冷卻空調塔底電氣布置R&D CENTER OF OFFSHORE WIND.OFFISHORE WIND TECHNOLOGYAug 2010基礎設計循環(huán)設計R&D CENTER OF OFFSHORE WIND.OFFISHORE WIND TECHNOLOGYAug 2010基礎設計金風2.5MW機組潮間帶基礎方案選型與對比分析，采用海洋工程軟件SACS對基礎結構進行校核，校核包括

10、靜力分析，地震分析和疲勞分析。R&D CENTER OF OFFSHORE WIND.OFFISHORE WIND TECHNOLOGYAug 2010基礎方案桿件最大UC管節(jié)點沖剪最大UC節(jié)點最大位移（cm）樁最大UC樁軸向抗壓性能軸向抗拔能力泥面最大位移（cm）樁端最大位移（cm）整機頻率f1（Hz）CAPACITY(KN)CAPACITY(KN)XY垂向位移單樁0.62-10.2990.527-28080.631535.2-4.91-5.800.0050.254三樁0.8730.6413.8050.482-1444615399.32.043-2.5480.1550.322基礎設計

11、R&D CENTER OF OFFSHORE WIND.OFFISHORE WIND TECHNOLOGYAug 2010設計方案比較內容方案一單樁基礎方案二三樁導管架基礎基礎結構特點該結構為國外海上風電場風機基礎常用型式?；A自重較輕，結構構造簡單，受力明確。由于樁端面積大，單樁基礎軸向抗拉抗拔能力較好，單樁基礎剛度小，基礎變形大；該結構在海洋工程固定式平臺導管架中得到了廣泛應用，基礎自重輕。基樁呈三角樁位布置，固定在海底，構件數量少，整個結構的穩(wěn)定性好。適用自然條件適用于水深小于15m，且地質條件較好的地區(qū)，但本風電場地基土較差，考慮采用大直徑單根鋼管樁基礎，可滿足結構傾斜度和變位

12、要求。適用于水深1530m，對地質條件要求不高的地區(qū)。但基礎的水平度控制需按照海上固定平臺要求完成。建成后，需要動用大型浮吊進行海上安裝。海上施工技術和施工條件對于單樁獨柱的就位施打必須具備大型打樁錘，施工要求較高。鋼管樁陸上制作、堆放及吊運時，對場地、周轉碼頭的要求高。本方案施工周期短。國內在海上石油導管架基礎的施工中有成熟的施工經驗以及相應的施工機械。對鋼管樁的制作、運輸、吊運要求低。本方案施工周期長。災害天氣預防在中國和國外的海洋石油行業(yè)已有過多次慘痛的事故教訓，如1969年渤海一號采油平臺被海冰推倒。1979年，渤海二號鉆井平臺在拖航途中，發(fā)生翻沉事故。1983年，美國環(huán)球海洋鉆井公司

13、“爪哇海號”鉆井船，在鶯歌海合同區(qū)鉆井作業(yè)時，遇強臺風襲擊傾覆沉沒。在中國也同樣有由于臺風導致風力發(fā)電機組破壞的事故教訓，如2003年9月2日，汕尾風電場受“杜鵑”臺風的影響，25臺風力發(fā)電機組中13臺受損，9臺風力發(fā)電機組各有一個葉片撕裂，當時的瞬時風速為57m/s；2006年8月10日“桑美”臺風登陸浙江省蒼南縣，瞬時風速達到68m/s,其結果是，蒼南風電場遭受了毀滅性打擊，28臺機組全部受損，其中5臺倒塌，整個風場幾近報廢。R&D CENTER OF OFFSHORE WIND.OFFISHORE WIND TECHNOLOGYAug 2010災害天氣預防-臺風預防中國沿海是世界

14、上受熱帶氣旋影響最多的區(qū)域之一，中國海上風電場都將面臨著臺風風險，因此海上風力發(fā)電機組必須考慮防臺風措施。主要考慮的防臺風措施有：基礎加強設計；增加機艙、塔筒等結構件強度；在輪轂和葉片連接的地方做加強設計，增加葉根強度；一方面利用可利用的臺風發(fā)電，另一方面對具有破壞作用的臺風執(zhí)行臺風預防控制策略。R&D CENTER OF OFFSHORE WIND.OFFISHORE WIND TECHNOLOGYAug 2010災害天氣預防-臺風預防不同偏航角度塔架推力3500度30060度250120度200180度150240度100300度50050100150200250300350400

15、Rot or az i mut h degR&D CENTER OF OFFSHORE WIND.OFFISHORE WIND TECHNOLOGYAug 2010 k NTower Fx災害天氣預防-臺風預防不同偏航角度下的葉根彎矩60000度500060度4000120度3000180度2000240度1000300度0050100150200250300350400Rot or az i mut h degR&D CENTER OF OFFSHORE WIND.OFFISHORE WIND TECHNOLOGYAug 2010 k NmBl ade 1 Mx y海上風電運

16、輸、吊裝已建的海上風電場安裝依安裝方式的不同主要分兩種：海上分體安裝和海上整體安裝。不管采用哪種安裝方法, 都要求安裝安全、在海上作業(yè)時間短。R&D CENTER OF OFFSHORE WIND.OFFISHORE WIND TECHNOLOGYAug 2010海上風電場運行維護R&D CENTER OF OFFSHORE WIND.OFFISHORE WIND TECHNOLOGYAug 2010海上風電場運行維護金風科技怎樣從運維角度出發(fā)保證機組可利用率？資源的合理配置· 機組維護人員· 備品備件遠程監(jiān)測、診斷、控制系統(tǒng)· 中央監(jiān)控系統(tǒng)

17、83; SCADA系統(tǒng)· 狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)R&D CENTER OF OFFSHORE WIND.OFFISHORE WIND TECHNOLOGYAug 2010海上風電場運行維護分析海上風電場現場信息：· 風電場離岸距離，· 風電場規(guī)模· 機組可靠性· 水文特征· 風資源情況· 選擇適合的人員運輸方式及登陸方案R&D CENTER OF OFFSHORE WIND.OFFISHORE WIND TECHNOLOGYAug 20102002年開始，在實現600KW、750KW風電機組產業(yè)化的基礎上，結合全球風電

18、市場需求和風電機組技術發(fā)展，充分利用中國優(yōu)勢資源，金風科技以直驅永磁全功率變流的系統(tǒng)集成風電技術作為公司的長期發(fā)展路線，并在全球率先實現了1.5MW系列直驅永磁風電機組的產業(yè)化。R&D CENTER OF OFFSHORE WIND.OFFISHORE WIND TECHNOLOGYAug 2010直接驅動+永磁電機+全功率變流···無齒輪箱高效率免維護···無需勵磁永磁電機優(yōu)化設計無滑環(huán)···電網接入性好電能品質好低電壓穿越功能R&D CENTER OF OFFSHORE WIND.OFFISHORE WIND TECHNOLOGYAug 2010直驅、無齒輪箱變槳齒形帶、可靠性高發(fā)電機單軸承、重量更輕全功率變流器、并網特性好結構簡單、重量輕優(yōu)化設計、重量減輕機艙密封、環(huán)境適應性強R&D CENTER OF OFFSHORE WIND.OFFISHORE WIND TECHNOLOGYAug 2010發(fā)電機主動空冷、效率更高發(fā)電機采用永磁同步發(fā)電機、無勵磁損失R&D CENTER OF OFFSHORE WIND. OFFISHORE WIN