2016年11月4日，在“2016中國風(fēng)電電氣裝備技術(shù)高峰論壇”的主題演講環(huán)節(jié)， 湘電風(fēng)能有限公司風(fēng)電研究院鄧 琛 電氣設(shè)計主任作了中壓風(fēng)力發(fā)電機組介紹的相關(guān)報告。
湘電風(fēng)能有限公司風(fēng)電研究院鄧 琛 電氣設(shè)計主任
以下是大會演講內(nèi)容（現(xiàn)場筆錄）：
大家好，我的題目是海上風(fēng)力發(fā)電機組介紹，首先是海上風(fēng)力發(fā)電機組現(xiàn)狀，由于陸地資源的限制，風(fēng)電開發(fā)正從陸上轉(zhuǎn)向海上發(fā)展，海上風(fēng)電開發(fā)已成為世界風(fēng)電開發(fā)的熱點和趨勢。而在開發(fā)過程中，是否擁有高可靠性、性能優(yōu)異，更加可靠的關(guān)鍵機組是關(guān)鍵問題之一。
中國海上風(fēng)電發(fā)展具備海上風(fēng)能資源十分豐富，中國中東部沿海地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，能源需求大；電網(wǎng)結(jié)構(gòu)強，風(fēng)電接網(wǎng)條件好等優(yōu)勢。
從我們湘電從2009年就開發(fā)海上風(fēng)電機組的開發(fā)，通過我們實際的經(jīng)驗發(fā)現(xiàn)海上風(fēng)電裝機的優(yōu)勢和劣勢主要是從下面幾個方面去考慮，優(yōu)勢是風(fēng)資源較好；場地較大、適合大型風(fēng)場；視覺噪音影響小，易于被公眾接受；低湍流，風(fēng)機使用壽命增長；可運輸安裝更大風(fēng)機，單個風(fēng)機發(fā)電量大；國家政府的支持力度更大。它的劣勢主要是單位兆瓦成本高，是岸上的近一倍；建設(shè)和運行成本更高；浪載的影響、臺風(fēng)的威脅；進(jìn)入方式復(fù)雜而有限；基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)建設(shè)的風(fēng)險；財務(wù)與保險更復(fù)雜；供大型海上風(fēng)電場使用的電網(wǎng)有限。
所以綜合以上考慮，4-6MW及以上功率等級的海上風(fēng)電代表當(dāng)前技術(shù)前沿，因為目前國內(nèi)外的知名公司，像西門子、阿海琺都是推6MW以上的機。所以我們預(yù)計未來幾年內(nèi)，小功率市場在3.6MW以下的機組會失去競爭優(yōu)勢，5MW以上的將慢慢成為中國海上風(fēng)力的主流機型。
其次我們介紹一下中壓風(fēng)力發(fā)電機組特點，中壓與低壓機組部件的不同，從發(fā)電機上沒有太大區(qū)別，唯一的區(qū)別就是在主回路上面的不同，經(jīng)過我們湘電從2009-2016年這幾年的實驗比較，真正不同的地方只有下面四個地方，一是發(fā)電機、二是主動力電纜，三是變流器，四是升壓變壓器。但是中壓發(fā)電機，升壓變壓器的技術(shù)生產(chǎn)水平，價格與低壓基本一致，主動力電纜，變流器技術(shù)生產(chǎn)能力，價格存在較大差別。
什么是主動力電纜，我們從長度、花費、安裝、功率損耗這四個方面比較，長度我們只需要6根300平方電纜，但是低壓690V需要30根300平方電纜，以單根100米為計算，中壓電纜單臺需要600米，低壓需要3000米。從花費來說，中壓小于低壓電纜，從安裝角度考慮，由于低壓電纜方面，在低壓方案在電纜懸垂及扭纜方面會存在困難，塔筒線夾，扭纜等設(shè)計復(fù)雜。
從變流器方面考慮，首先從價格，現(xiàn)在目前我們所運行的中壓變流器基本都ABB或者GE公司的，國外進(jìn)口的價格大概在400萬左右，原來最早是500-600萬，現(xiàn)在由于中國風(fēng)力市場的發(fā)展他們已經(jīng)降到400萬，但是低壓大概在180萬左右，尺寸方面兩者基本達(dá)成一致。維護(hù)方面因為中壓變流器需要特殊培訓(xùn)，所以相對復(fù)雜。從穩(wěn)定性、可靠性來講，簡單來說就是由于低壓變流器部件數(shù)量多，在同等技術(shù)條件下，可靠性小于中壓變流器。從效率上來說，經(jīng)過我們對整個變流器低密度和中密度的測試，中壓平均效益會高出0.5%-0.8%。從冷卻系統(tǒng)，由于低壓系統(tǒng)損耗多出0.5-0.8%的損耗，所以我們會比中壓大30%左右。最后從供應(yīng)鏈角度來說，中壓屬于進(jìn)口產(chǎn)品，價格高，低壓國內(nèi)成熟。
最后做一個比較，從發(fā)電機、電纜、塔筒電纜的按設(shè)計、附加冷卻系統(tǒng)、變流器做比較，發(fā)電機價格相同，電纜低壓會多35W左右，塔筒設(shè)計在15W左右，附加冷卻系統(tǒng)，以自然冷卻方案為基準(zhǔn)，價格有20萬差別。變流器方面，中壓比低壓變流器成本高220萬，所以總的一比較低壓的方案會比中壓方案有一個150萬的差距。
最后從發(fā)電效率對比，從電纜損失上好，低壓高0.8-1%，變流器損失0.5-0.8%，從整個效率來說，作為中壓方案的比低壓高1.3-1.8%的百分點，即65-90KW。
綜上所述，需要開發(fā)一個最具精準(zhǔn)的中壓發(fā)電機組，我們需要有下面四個因素：低成本、高性能、高可靠性、高可利用率。但是從目前我們的技術(shù)領(lǐng)域來說，中壓發(fā)電領(lǐng)域還沒有達(dá)到低成本，最后我們希望往這個方向，所以后續(xù)關(guān)鍵因素就是說150萬的差距需要我們隨著中壓變流器的價格降低來彌補。低壓電纜安裝，從低壓方面來說將成為風(fēng)機整機設(shè)計的技術(shù)難點，電纜并聯(lián)后電流的均衡比較困難，對安裝工藝和人員素質(zhì)要求極高，同時效率方面的優(yōu)勢將會給客戶帶來更大的收益，中壓對將來進(jìn)一步提高功率等級提供了好的擴展基礎(chǔ)。
下面介紹一下湘電5MW中壓海上風(fēng)電機組情況。這個是湘電今年已經(jīng)建成的在福建開發(fā)的，我們湘電從2009年開始進(jìn)行了5MW中壓風(fēng)電機組的研發(fā)，2011年6月23日，第一臺5MW海上風(fēng)力發(fā)電機組樣機在歐洲荷蘭風(fēng)場完成吊裝，同年9月23日并網(wǎng)運行。2012年3月15日第二臺在中國福建完成，同年6月4日億并網(wǎng)運行，2015年2月10日第三臺完成吊裝。
湘電產(chǎn)品的設(shè)計特色是可靠高效，直驅(qū)、永磁、中壓、無齒輪箱帶來結(jié)構(gòu)簡單、輕而緊湊的設(shè)計。主軸承/發(fā)電機的集成設(shè)計、軸系短、剛性，避免轉(zhuǎn)機械常發(fā)生振動故障。
湘電目前主推的5MW中壓海上發(fā)電機組，機型型號XE128-5000，功率等級5000kW。結(jié)構(gòu)型式是直接驅(qū)動，無齒輪箱，發(fā)電機型式是多級永磁同步發(fā)電機，設(shè)計風(fēng)區(qū)等級為IEC 1/IEC二型，風(fēng)輪直徑為128m，控制方式是變速變槳控制。
這個機組的特性是我們經(jīng)過了這三臺的樣機已經(jīng)風(fēng)電場將近一年的經(jīng)驗之后所總結(jié)出來的，這些都是我們認(rèn)為在以后是必不可少的，就是說所有的海上風(fēng)電必須適應(yīng)高濕、高熱以及鹽霧環(huán)境，建議大家把控制電流和產(chǎn)業(yè)發(fā)電機組能夠具有自主協(xié)調(diào)功能，因為海上整個單機情況如果我們檢測不到的話就相當(dāng)于是不穩(wěn)定的狀態(tài)，假如沒有備用電源切換，相當(dāng)于我們根本就不知道各個風(fēng)機的狀況，你也不知道它是否能夠正常收回來。設(shè)計生活集裝箱，使我們平時在海上運維的時候，運維人員生活休息方便。機組具備自動消防功能，視頻監(jiān)控防盜功能，在線振動監(jiān)測功能，除濕系統(tǒng)。具備中高壓弧光檢測功能，水冷系統(tǒng)采用自然冷卻，減少自用電和噪聲，大大提高發(fā)電量，發(fā)電機雙繞組設(shè)計，主動力電纜的電流均衡，完善的抗臺風(fēng)控制策略，升壓變壓器為水風(fēng)冷卻型，有效防鹽霧。
最后介紹一下企業(yè)展望，由于安裝和維護(hù)成本過高，海上風(fēng)力發(fā)電機組正向著超大功率、低成本以及高可靠性方向發(fā)展，因為只有達(dá)到了這種目標(biāo)才能使中國的大功率風(fēng)電制造技術(shù)提升一個平臺。
同時海上風(fēng)電發(fā)展會極大的對產(chǎn)業(yè)化和市場推廣，主要就是說推動整個電力電子行業(yè)技術(shù)進(jìn)步，主要是中壓變流器在國內(nèi)的發(fā)展，另外就是海上風(fēng)電設(shè)計的時候要達(dá)到比低壓或者其他方案更高，響應(yīng)國家節(jié)能減排政策，最后會推動整個民族工業(yè)水平發(fā)展，使得整個民族工業(yè)海上風(fēng)電機組至少能夠跟國際保持一致。感謝各位領(lǐng)導(dǎo)的聆聽。
