走自主創(chuàng)新的道路設計世界領先水平的風力發(fā)電機組的課件

1、走自主創(chuàng)新的道路設計世界領先水平的風力發(fā)電機組內(nèi) 容 購買技術不是出路 走自主創(chuàng)新的道路 自主設計永磁直驅兆瓦機組 我們對風力發(fā)電機組設計的感想 自主設計海上5MW風力發(fā)電機組一二三四五我國風力發(fā)電機組的產(chǎn)量及兆瓦機組的裝機量在國際上已達到領先水平。作為一個風力發(fā)電大國，生產(chǎn)的兆瓦機組多數(shù)是引進技術和許可證生產(chǎn)，與我們的地位極不相稱。越是大國企、大的上市公司越是購買技術。國家在很多場合下提倡自主創(chuàng)新，這些企業(yè)一般都是拿國家或企業(yè)的科研經(jīng)費去購買國外技術，有人說買到的技術最好也不過是二流的，還美其名日是“管理創(chuàng)新”，實際上是人家研究出新機型后把淘汰的機型賣給你，賺了你的錢還看不起你，還準備下次用

2、同樣的方法再賺你的錢。一、購買技術不是出路引進技術多數(shù)是相對落后的技術，有的技術不成熟，是國內(nèi)部件生產(chǎn)商解決了技術難點。2007年某公司引進的1.5MW機組技術，當時歐洲已執(zhí)行低電壓穿越的入網(wǎng)標準，結果此機組根本不具備此技術?，F(xiàn)在再打官司，損失已經(jīng)形成。而同期國內(nèi)自主設計的機組都能低電壓穿越，而引進的卻不能，可能是太崇洋造成的。一個真正的設計者，必須走自主創(chuàng)新的道路，這才是根本大道，也不會有那么多專利制約。沒有對風力發(fā)電機組的充分了解，沒有創(chuàng)新，沒有大量的科學試驗研究，就不可能設計出一流的具有國際先進水平的風力發(fā)電機組。走原創(chuàng)道路更能知道目前機組的優(yōu)缺點及改進的方向。引進機組有許多缺陷，使某個

3、大公司走向倒閉的危險。而且引進機組有定期報廢的嫌疑，如G850機組的齒輪箱到10年必壞，根本達不到20年的壽命期，而且10年后連配件都買不上。 風力發(fā)電機組“到期報廢”的問題IEC規(guī)定風力發(fā)電機組使用壽命為20年。實際中很多部件不到20年就報廢，這里有兩種情況：一種是質量問題；一種是故意報廢。目前雙饋機組的齒輪箱兩種情況都有。大多數(shù)齒輪箱十年內(nèi)必然損壞，由于末極齒輪節(jié)圓處線速度極高，潤滑條件非常惡劣，對潤滑要求很高，廠家把這個末極齒輪做為可更換件，但它的損壞往往帶來齒輪箱的損壞。再如有很多引進的電機，要求H絕緣F級使用，而在不重要的某處使用F級的材料，留一個提前報廢的節(jié)點，使電機不可能有20年

4、的壽命，但在保修期內(nèi)不可能損壞。如上也許是促銷的商業(yè)行為。二、走自主創(chuàng)新的道路我們多年走的是一條循序漸近的發(fā)展道路。我們從80年代初就開始研發(fā)永磁直驅的風力發(fā)電機組。1982年開發(fā)了6米直徑永磁直驅可變幾何型立軸風力發(fā)電機組（水電部項目），曾獲科技部進步獎。2kW立軸永磁直驅可變幾何型風力發(fā)電機組（1982年）從國家“75”項目開始到“十一五”一直做國家的風電科研項目，開發(fā)了300W、500W、1kW、2kW、5kW、10kW、20kW、50kW、100kW，直到近期開發(fā)了1MW、1.5MW、2MW，這些機型都有一些國家科研經(jīng)費的支持，是經(jīng)過大量試驗研究的基礎上完成的。50kW機組安裝于韓國江

5、源道（2001年）2kW并網(wǎng)機組1995通過了50kW永磁直驅的并網(wǎng)離網(wǎng)兩用的發(fā)電機組的鑒定，電機效率達95%。已經(jīng)使用釹鐵硼40SH在當時決不落后于國外同期技術。此機組當時就采用了電驅自動調(diào)向、使用可編程控制器PLC及相關軟件控制，和現(xiàn)在的兆瓦機無論在控制算法上、結構上無多大差異。50kW永磁直驅并網(wǎng)或離型兩用機組（1995年）已批量出口的100kW永磁直驅風力發(fā)電機組由于上面所開發(fā)的永磁直驅機組其中有些大量出口到國外，我們的技術得到國外同行的承認，我們也曾被國外機構邀請到他處搞合作設計和專題研究。在和他們的合作中發(fā)現(xiàn)你有獨特的見解、有試驗和科研成果，他們就會尊敬你，一味的照抄就受到鄙視。

6、后來國內(nèi)大型機組的研究相對落后，主要是整體政策環(huán)境和科研經(jīng)費的短缺，如當時我們50kW機組的科研費當時只有20萬。 在對外技術交往中，你如果能發(fā)現(xiàn)他們的軟件或硬件的缺陷而提出改進方案，他們就會特別尊敬你，會和你很開放的討論問題。只有這樣才能做到真正的技術交流。三、自主設計永磁直驅兆瓦機組你花錢買了別人的技術，賣家從骨子里看不起你。我們?yōu)槭裁床荒苷细鞣N科研力量，自主地開發(fā)更具有中國特色的技術先進的風力發(fā)電機組。從2004年開始，我們就開始進行兆瓦級永磁直驅機組的設計和開發(fā)。2006年我們在完全獨立自主、沒有和任何國外機構合作的情況下完成了1MW和1.5MW永磁直驅風力發(fā)電機組的設計。2007年

7、完成樣機制造。現(xiàn)在已經(jīng)進行了三年的商業(yè)運行，表現(xiàn)出優(yōu)良的特性，主要特點有：非常好的低風速發(fā)電特性，2.5m/s風速時切入，在8m/s風速時和同一風場安裝的雙饋機發(fā)電量多出100千瓦左右；非常小的維護工作量和維護費用，年維護費用在2萬元以下，主要是人工巡檢費；經(jīng)業(yè)主統(tǒng)計后測得年可利用率99%；經(jīng)國家相關檢測單位測得電機額定功率的效率為98%。申報批準了70多項專利，通過科學院科技查新，認為該機組的技術特點國際上獨創(chuàng)，綜合技術達到國內(nèi)領先、國際先進水平。在同時期國內(nèi)也有多個兆瓦風力發(fā)電機組開發(fā)成功，這說明我們國內(nèi)技術人員完全可以自主開發(fā)風力發(fā)電機組。海灣風電場（2009年）四、我們對風力發(fā)電機組

8、的設計有以下感想：1首先是可靠性可靠性是風力發(fā)電機組的根本，主要部件要在20年內(nèi)無問題，不失效，不大修。年維護修理費用要小于機組殘值1/20的，只有這樣才能保證機組的經(jīng)濟性。而目前引進的很多機組做不到這些。要確實做到質量第一，不進入到片面降價的旋渦，要在品質、質量和安全及壽命上和國外機組競爭。 我們目前出口的機組每kW售價在1萬元左右，20kW、50kW、100kW賣到歐美多個國家從末受到傾銷官司，而且在國外市場逐漸站穩(wěn)腳根。價格上我們比他們略低一些，而在質量上要更好一些。在國內(nèi)，如果有金融產(chǎn)品幫助資本運轉的話，在機頭殘值歸我們的條件下，我們可以做到20年免費保修。2先進的技術水平要設計出國際

9、先進水平的風力發(fā)電機組必須做到機組的高效率，風輪氣動效率力求做到最佳CP0.5。最佳工作速比要寬采取葉稍小翼、翼根閉合等設計，減小展向流動CP值可達到0.5。永磁直驅電機效率在額定點0.98。如果電機效率為0.94的情況下，電機提高2個百分點，總效率提高一個百分點，兩年的發(fā)電量增加的效益就能收回因此增加的材料費的投入，所以決不因價格戰(zhàn)而降低性能。機組在全壽命期內(nèi)，不更換部件，要做到半年巡檢一次，壽命期內(nèi)無大修，必須采用先進科學的工藝方法。如我們采用特殊的分數(shù)槽，保證了低風速發(fā)電特性，做到2.5m/s的切入風速2m/s時起動。經(jīng)過科學試驗驗證的磁極形狀，氣隙大小，這些保證了電機的高效率和電阻載荷

10、下，功率因數(shù)在99%以上和極小的諧波，諧波總量小于1%。發(fā)電品質要滿足歐洲2006標準，和電網(wǎng)友好可適時的調(diào)度有功無功。3創(chuàng)新和技術進步必須有科學 試驗為基礎。產(chǎn)品要比別人先進，就必須有進步點。但你必須用試驗證明你的方法的確比原有的方法優(yōu)越，可以先進行適當?shù)男釉囼?。如永磁直驅風力發(fā)電機和變流器的配合問題，受到一些國外公司的誤導，他們說必須用可控整流才能提高永磁電機的效率和功率因數(shù)，才能達到低風速發(fā)電的效果。國內(nèi)有些變流器廠家也和他們一唱一和，其實是錯誤概念。 我們在相近位置上安裝了兩臺同樣風輪直徑的1.5MW永磁直驅機組，電機和配用變流器各自對應，其中一臺是可控整流的進口變流器，另一臺安裝了

11、國產(chǎn)的變流器，是二級管不可控整流也沒有斬波升壓，并末發(fā)現(xiàn)低風速及其它風速下兩臺機組的出力有什么明顯差異，證明在這個問題上一些國外變流器廠家的說法是一個錯誤。我們大量出口到國外的機組都是用不可控整流的變流器并沒有問題。要區(qū)別科學還是誤導，因為有很多觀點是商業(yè)利益驅使。4借鑒同行的技術不但要看成功的范例，更要看失敗的案例和出問題機組的情況及原因。要清楚的研究國外風力發(fā)電機組的優(yōu)點和缺點及性能指標的來源。要看清楚哪些技術指標是可以突破的，哪些缺點怎么克服，買來的技術做到這一點比較難，這需要做調(diào)研。要到風電場風機安裝處了解，去生產(chǎn)廠很難了解到機組的缺點，從部件和整機廠商很難了解到實情。五、自主設計海上

12、5MW 風力發(fā)電機組我們面對未來海上風機的需要，設計了5MW風力發(fā)電機組，依然采用永磁直驅型式，內(nèi)轉子、防護等級IP54。 技術參數(shù)額定功率5MW 切入風速2.5m/s額定風速12m/s風輪直徑126m掃掠面積12469葉片數(shù)3轉速范圍5-16rpm工作電壓3300V/690V上網(wǎng)頻率50Hz/60Hz功率轉速控制變距及最大功率跟蹤電驅獨立變距電驅偏航減速機8個葉輪轂、電機殼、機艙座球墨鑄鐵設計采用標準IEC61400永磁發(fā)電機基本參數(shù)3相Y接額定線電壓3300V/690V功率因數(shù)（電阻載荷） 0.99額定相電流950A/1500A3額定轉速15rpm冷卻型式自然風冷額定效率0.98永磁材料4

13、0UH槽數(shù)495極數(shù)164氣隙直徑5200mm疊厚1800mm防護等級IP545MW機組結構示意圖氣流方向自然冷卻示意機艙布置永磁直驅發(fā)電機我們有成熟的高效率的經(jīng)過驗證的電磁模型，使永磁電機的設計非常準確。由于電磁模型是原創(chuàng)的，經(jīng)過了大量的實驗優(yōu)化，保證了永磁電機的優(yōu)良特性和非常好的性價比。1因海上風力發(fā)電機組需靠船運輸，費用高且受氣候因素制約，不可能隨時到達機組。有齒輪箱型式的風力發(fā)電機組維護復雜費用高。我們安裝的1.5MW風力發(fā)電機組的風場位于海堤。風場中同時安裝有8臺雙饋機，并長年有2人輪流值班維護，即便如此在運行8個月后就開始漏油。而我們的1.5MW永磁直驅風力發(fā)電機組采用遠程監(jiān)視，三

14、個月難得去一次現(xiàn)場，可見維護特性的差異比較大。投入商業(yè)運行后經(jīng)業(yè)主統(tǒng)計（2012年），我們樣機的可利用率達到99.6%，遠遠比他們高，發(fā)電量比相近位置雙饋機組也高。為了保證風力發(fā)電機組正常運行，只需半年一次巡檢，一年加注一次潤滑酯。永磁直驅機組用于海上風場必然會大幅降低維護費用。2采用特殊的分數(shù)槽技術。 495槽、164極使電機的齒槽力矩極小，保證了永磁電機有極低的振動和噪聲，使電機有非常高的功率因數(shù)和很低的諧波，更保證了機組的低風速發(fā)電特性。2.5m/s風速時就可以建壓向電網(wǎng)輸出電能，提高年發(fā)電量，這些已在1.5MW永磁直驅風力發(fā)電機組上經(jīng)過驗證。3連續(xù)散線繞組技術：采用連續(xù)散線繞組，永磁電機每相由一束300多根連續(xù)導線組成，全電機每一相線中無接頭焊點，保證了良好的工藝性和可靠性。通過扭轉換位保證了在高載頻下（2K）比硬繞組有更高的效率，幾乎沒有集膚效應。 連續(xù)散繞組下線4 磁鋼的固定和保護5采用NHN+玻纖環(huán)氧云母帶+NHN的槽絕緣結構，保證了繞組的機械特性、耐電暈特性、耐電脈沖特性（已報發(fā)明專利），并經(jīng)驗證。6控制算法采用風輪面內(nèi)平滑風速湍流度，用迭代法求前方風速及速比，PID起輔助作用的變距算法，計算過程不發(fā)散，轉速和功率控制精度高。大風時風輪轉速最高不超過額定轉速的5%。降低了機組的載荷，使其加速度值不會超過0.05G。7全部采用電調(diào)驅動方法。8機組按IEC 614