2014北京國際風(fēng)能大會之“風(fēng)電機組總體設(shè)計”專場——荷蘭MECAL公司的Anton de Roest：200米液力海上風(fēng)電機組的概念設(shè)計

    這個設(shè)計的主要目標(biāo)并不是一個技術(shù)上的目標(biāo)，而是一個成本上的目標(biāo)，我們需要去降低成本。投資風(fēng)機的方法只有一種，也就是我們必須一切都以能源的成本出發(fā)。當(dāng)然，其中會包括生產(chǎn)的成本，還有一些維護(hù)和運營的成本，這些都是良好設(shè)計必須要考慮到的一些問題。當(dāng)然我們也需要選擇更高的可靠性，因為我們需要去確保海上的風(fēng)機出現(xiàn)的誤差，或者是損耗會更少，因此，高的可靠性是非常重要的，我們需要去確保整個體系已經(jīng)證明了自己在市場上是能夠提供更多價值的。
    接下來我們要開始做選擇了，有很多不同的模式是可以選擇的，還有驅(qū)動也是有很多不同的選擇。我們要做這些選擇需要考慮到自己的情況，比如它不同的位置，當(dāng)然可以選擇單軸承的，也可以選擇雙軸承，還有直軀系和非直軀系，這些都是各種不同的選擇。其中大概需要考慮到的有20個概念左右，每一次要進(jìn)行設(shè)計的時候都需要去放開自己的觀念，需要考慮到每一個合理的可能性。我們還可以選擇一個數(shù)字，來決定自己的需求，然后才能得出來這樣一個表格，去衡量不同的因素，然后來平衡自己的一個選擇，這是比例升級之后所需要做的一件事情。也就是一開始需要去進(jìn)行比例升級之后再去輸入各種數(shù)據(jù)來進(jìn)行選擇。
    接下來關(guān)鍵的一個問題就是怎樣去選擇一個比較合理的能源成本，在海上的風(fēng)機都是成本太高，它會受到不同的影響，比如支撐結(jié)構(gòu)，電力基礎(chǔ)設(shè)施，電力基礎(chǔ)設(shè)施基本上跟風(fēng)機是獨立的，然后物流和安裝可能會受到你的設(shè)計思路的影響，因為大家需要去考慮想要建筑一個什么樣的結(jié)構(gòu)，以及怎樣去安裝風(fēng)機，這些不同的因素都會收到各種各樣的影響。但是，其中最重要的一個也就是需要去估計它的運行維護(hù)的成本。比如說20或者30年的運行當(dāng)中你需要話費多少錢進(jìn)行維護(hù)。在設(shè)計的時候，這兩項費用是必須要考慮進(jìn)去的，這也是投資當(dāng)中非常關(guān)鍵的一個部分，我們當(dāng)然也需要考慮到這個成本之下可以產(chǎn)出多少功率，以及多少的發(fā)電量。
    接下來看一下這種，這種機器是比較常見的一個結(jié)構(gòu)，這里面是直軀的發(fā)電機，我們之前探討了一下比例升級，還有概念升級基礎(chǔ)都會收到哪些影響？我們看這里的空氣間隙，它會受到半徑的影響，受到直徑的影響，同樣也會影響到內(nèi)艙當(dāng)中出現(xiàn)的彎折的問題，所以我們需要有一個高效的發(fā)電機，如果用標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)電機，需要用一個效率高的發(fā)電機。接下來的第二個問題就是它的齒輪箱很重，尤其在高速部分，它的齒輪箱是非常重的，而且這樣的齒輪箱想運行起來是很困難的。然后，關(guān)于速度可以有一個中速的集成，集成起來會更加方便它的一個工作。我們還需要找到最關(guān)鍵的風(fēng)機載荷，我們的機限是6MW，接下來是模擬的一些其他的情況。如果你也做了這樣的比例升級，當(dāng)然這個是可以用電腦做，一般來說還是手工的工作會比較大，你需要去計算，需要去思考。如果說把這個載荷的升級考慮進(jìn)去，那么，能夠得出一個比較準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。
    這是我們最終達(dá)到的這樣一個概念，其中包括幾個不同的細(xì)節(jié)，我們都已經(jīng)考慮到了。比如說它的平臺，還有怎樣達(dá)到風(fēng)機，還有拖拽等等問題。我們之前談到主要的框架，是帶集成單主軸承的，我們還有中速傳動鏈，采用了齒輪箱和發(fā)電機集成，還有電動偏航系統(tǒng)，我們之前考慮過其他系統(tǒng)，最后還是覺得電動系統(tǒng)比較好。所有這些電動系統(tǒng)在塔架當(dāng)中的位置也是需要去考慮的。對于海上風(fēng)機來說，重量越輕越好，如果在內(nèi)艙的重量增加一公斤，最后整個塔架的重量可能會增加7-8千克，也就是我們?nèi)绻麖膬?nèi)艙開始就采用最好的技術(shù)減少它的重量，海上風(fēng)機的整個重量也會減少。這個塔的強度到底是一方面，但是它的其他的特性也很重要。這個轉(zhuǎn)子的速度是8.6，是很低的速度，當(dāng)然跟我們現(xiàn)在的速度相比還是很低的。但是，它所帶來的中心扭矩是跟正常情況差不多的。接下來這個是內(nèi)艙重量的分布和轉(zhuǎn)子重量的分布。葉片的重量我們現(xiàn)在還沒法分析，因為葉片我們還沒有進(jìn)行設(shè)計，我們會考慮用五級距齒的材料，有人考慮碳纖維的葉片，因為它可以減少重量，同時增加強度。
    接下來就是風(fēng)輪的重量大概350噸，機艙的重量大概是目前最重的一個部分，也是最重要的一個部分。大概是600噸的一個趨勢，我們目前設(shè)計是478噸。我們的設(shè)計是根據(jù)趨勢進(jìn)行的，風(fēng)輪的趨勢和設(shè)計已經(jīng)目前接近了，但是機艙的重量如果按升級趨勢來計算，就是根據(jù)市場上現(xiàn)在的趨勢來看，它得出的重量比我們目前設(shè)計的重量要高很多。同時，這個總重量也進(jìn)一步的從這個趨勢算出來的950噸減少到我們目前設(shè)計出來的819噸。
    接下來我們需要進(jìn)行一些計算和分析，我們做這個分析的時候主要考慮的是內(nèi)部的壓力，并不是考慮它的外部壓力。我們這個設(shè)計是緊湊的一個集成設(shè)計，但是還是有很多優(yōu)化的空間。但是，這些優(yōu)化一般都是出現(xiàn)在供應(yīng)商的零部件上。我們之后也會進(jìn)行更多的研究，去改進(jìn)它的幾何結(jié)構(gòu)，以便減輕重量。我們在機艙內(nèi)盡可能的減少了它的裝置，這樣就空出了很多的空間，這樣人就可以在機艙當(dāng)中工作。對這樣的機器來說，其實很多事情都需要大家去共同解決，不是一個人能夠解決的，我們之后也會盡量的去減少頂部重量，然后節(jié)約它支撐的成本，減輕塔桶的重量，之后也會通過改進(jìn)組裝的方式來增加陸上預(yù)組結(jié)構(gòu)的數(shù)量。我們也進(jìn)行了很多的測試，就是說需要保證所有的部分組裝起來之后，從頭到尾都可以正常的工作，也需要確保這些部分是可以組裝到一起的，可以避免失誤。
    接下來最重要的就是去看這些活動的部分，所有的活動部分軸承我們希望他們能夠在整個生命周期當(dāng)中都可以正常的使用。這個還是很容易理解的。這樣大小的齒輪它的機艙大概是8.5米寬，還有它的偏航系統(tǒng)大概是6米寬，這邊是主軸承，這樣的一些零件是需要我們非常小心的去選擇的，要確保他們的載荷是符合當(dāng)?shù)氐那闆r的。這些因素我們都通過測試來檢查過，還有重量的問題，這邊是轉(zhuǎn)子的重量，軸承的重量，變槳的速度大概是20噸左右，轉(zhuǎn)子是52.5噸左右，接下來大家也能看到，僅僅是一個主軸承就已經(jīng)需要比較特殊的運輸方式了。我們現(xiàn)在主要做的是從現(xiàn)有的海上汲取有效的實踐經(jīng)驗，我們也在進(jìn)行很多的平行研發(fā)，這些平行研發(fā)以后可以讓我們能有集成的解決方案，或者是新的基礎(chǔ)。下一步我們會在現(xiàn)在的基礎(chǔ)之上進(jìn)入到下一個階段的研發(fā)，確保我們能夠設(shè)計出來市場所需要的這種緊湊的海上的風(fēng)機。
    我們現(xiàn)在也在努力的優(yōu)化它的結(jié)構(gòu)零部件的循環(huán)，并且在調(diào)研塔架結(jié)構(gòu)的備選方案，希望能夠配合頂部重量的減輕，我們之后也會優(yōu)化它的載荷設(shè)置，改變不同的控制算法，能夠讓這些算法更為智能，確保大家能夠預(yù)期到載荷，預(yù)期到這個機器上可能出現(xiàn)的一些變化，接下來我們也會去研究一下海上風(fēng)機的潛在供應(yīng)鏈，確保我們能夠在未來的供應(yīng)商當(dāng)中也是處于領(lǐng)先地位的。在此基礎(chǔ)之上，我們也會確保大家都能夠得到需要的信息，能夠?qū)W會怎樣去應(yīng)用這些風(fēng)機，作為供應(yīng)商一個責(zé)任就是去保證自己的產(chǎn)品的質(zhì)量，第二也是要讓客戶加入到這個設(shè)計的過程當(dāng)中來，謝謝大家！