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MHI Vestas將其大型海上風(fēng)機(jī)升級至9.5MW，并提供了一些旨在降低能耗成本（LCOE）的細(xì)節(jié)變化。 轉(zhuǎn)子直徑保持164米不變。
V164-9.5MW已經(jīng)成功完成了功率曲線和風(fēng)電場負(fù)荷測試，并在2016年底在公司的Østerild現(xiàn)場進(jìn)行了現(xiàn)場測試，現(xiàn)在該公司可確定具體項目訂單。 預(yù)計到2020年進(jìn)行第一次商業(yè)部署。
2011年3月推出時，V164容量為7MW，具有風(fēng)電行業(yè)最高的額定功率，并在要求苛刻的海洋環(huán)境中“捕獲最高的能量，并提供最高的可靠性”。
然而，風(fēng)機(jī)的設(shè)計為至少8MW的容量，與一年后公布所反映的一樣。 高級產(chǎn)品經(jīng)理Anders Bach Andersen說：“開發(fā)這種大型海上專用風(fēng)機(jī)是一個巨大的挑戰(zhàn)，從3MW擴(kuò)大到8MW是至關(guān)重要的。我們以前生產(chǎn)的最大的轉(zhuǎn)子直徑是120米，用于58米葉片的4.5MW原型機(jī)。V164的葉片為80米。
大規(guī)模
該風(fēng)機(jī)新特點包括一個管狀中速傳動系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)承載主軸殼體螺栓連接到鑄機(jī)床上。 底盤設(shè)計包括螺栓連接到機(jī)床的重型鑄造垂直部分，并集成在鋼制空間框架結(jié)構(gòu)中，以承載機(jī)艙部件的重量并支持維修。
Andersen說：“V164的大規(guī)模和設(shè)計特性令我們謹(jǐn)慎。 “這意味著應(yīng)用額外的設(shè)計準(zhǔn)備來彌補(bǔ)不可避免的專業(yè)知識差距和相關(guān)風(fēng)險，但8MW風(fēng)機(jī)現(xiàn)在已經(jīng)成為一個成熟的系列產(chǎn)品，其中35臺投入運(yùn)營（32臺在Burbo Banks Extension的海上），積壓訂單約300臺風(fēng)機(jī)”。
V164-8.0MW現(xiàn)在提供高達(dá)8.4MW的電源模式。 這種基于軟件的功能在某些操作條件下是可行的，但必須符合IEC設(shè)計規(guī)范的要求。 0.4MW表示在IEC類型證書中允許的認(rèn)證評級增加5％。
小改動
升級到9.5MW在不犧牲設(shè)計安全因素的情況涉及重新應(yīng)用電氣，機(jī)械，結(jié)構(gòu)和熱設(shè)計儲備。 這些修改通常很小，不需要改變主要的尺寸。
表面下方尺寸保持不變，變化限于風(fēng)機(jī)內(nèi)部。
Andersen表示：“額定變速箱輸入扭矩增加了19％，達(dá)到9.5MNm，變速箱需要強(qiáng)化，但不能影響外部傳動系統(tǒng)和質(zhì)量。” 不過比起Adwen 8MW變速箱的額定輸入扭矩9.9MNm來說，還是有點短。
“我們還升級了電氣系統(tǒng)，并對齒輪箱，發(fā)電機(jī)，液壓和整流器的頂部冷卻器進(jìn)行了功能修改，但無需擴(kuò)大整個冷卻器尺寸和運(yùn)行方面。
商業(yè)案例
此次升級反映了過去幾年海上風(fēng)電環(huán)境的巨大變化。 Andersen表示：“2009年V164產(chǎn)品開始開發(fā)，由于那時風(fēng)機(jī)更小，記錄有限，還有海上變電站，海上風(fēng)電資本支出高昂，風(fēng)險也高。”
“但是今天，海上變電站和出口系統(tǒng)已經(jīng)大部分從風(fēng)電資本支出項目中脫離出來，平均風(fēng)機(jī)尺寸增加一倍多，資本和風(fēng)險成本也有了很大的下降，有可能會進(jìn)一步降低。
通過比較可替代的縮放選項及其對LCOE的影響，Andersen說明了電力升級對轉(zhuǎn)子擴(kuò)大的好處。 一個855MW的項目可以配備106臺加大轉(zhuǎn)子直徑的8.1MW風(fēng)機(jī)，或者90臺9.5MW風(fēng)機(jī)。
更大的轉(zhuǎn)子將促進(jìn)年度能源生產(chǎn)（AEP），但是這會提高渦輪機(jī)負(fù)載，并且需要增加輪轂高度以保持最小的波浪間隙。
Andersen表示：“采用9.5MW的風(fēng)機(jī)意味著減少16臺風(fēng)機(jī)，還有它們相關(guān)的底部結(jié)構(gòu)，電纜和安裝成本。單獨(dú)的底層結(jié)構(gòu)和風(fēng)機(jī)的資本支出和運(yùn)營成本本質(zhì)上是一樣的，但是在項目層面上美國電力公司會做一個適度的罰金。”
“2009年海上風(fēng)電項目資本支出相當(dāng)高，從高效風(fēng)機(jī)安裝中省下的資本支出總額不大。但現(xiàn)在總體來說要低得多，安裝的相對份額也是很大的， 對LCOE有更積極的影響。
精益生產(chǎn)
2013年8月，“風(fēng)電月刊”從Lindø發(fā)出了關(guān)于V164原型機(jī)的報道。 工作人員在一個空置的前造船廠大廳—過度工廠進(jìn)行組裝，由粗糙的鋼筋混凝土地板和臨時鋼板支撐著大型原型組裝結(jié)構(gòu)。 今天多個升級大廳專門用于V164系列生產(chǎn)，形成鮮明對比。
早期...自從2013年在Lindø制造V164原型風(fēng)機(jī)，該公司的生產(chǎn)設(shè)施發(fā)生了很大變化
所有組件和子組件的裝配在工廠倉庫進(jìn)行，并在那里進(jìn)行檢查和注冊。 一些關(guān)鍵部件，例如配有加速器感測裝置的巨大的深藍(lán)色涂層齒輪箱。 這些記錄了在運(yùn)輸和處理過程中對產(chǎn)品施加的所有加速力，以及從制造產(chǎn)品到風(fēng)電項目中完整機(jī)艙的安裝。
大型組裝大廳，左側(cè)組裝大部件和子組件，中間是吊裝起重機(jī)，右側(cè)用于機(jī)艙安裝。
基于日本豐田首先開發(fā)經(jīng)營改善原則，精益生產(chǎn)過程仍處于發(fā)展階段，其中包括為機(jī)艙設(shè)置的多個臨時固定點。裝有空調(diào)的帳篷專用于為主軸組件創(chuàng)造可控的環(huán)境。 單獨(dú)的主軸安裝在垂直位置，用于收縮最大的前軸承內(nèi)圈，然后將鑄造殼體提升或降低到軸上。 下一步是收縮后軸承內(nèi)圈加上鎖定環(huán)。 組裝過程通過24小時沖洗用特殊油來完成，以除去金屬顆粒和其他雜質(zhì)。
Andersen稱：“我們決定采用潤滑油對主軸進(jìn)行油過濾，以獲得最佳的潤滑性能，增長軸承壽命，在運(yùn)行過程中減少的軸承預(yù)載荷變化。可以更換全主軸單元，而無需拆下轉(zhuǎn)子，其他傳動系統(tǒng)主要部件也可單獨(dú)更換。”
V-164機(jī)艙從外面看是巨大的，內(nèi)部寬敞，服務(wù)友好。 偏轉(zhuǎn)馬達(dá)在塔頂部的倒置安裝是一個不尋常的設(shè)計。 它能夠輕松地從中間服務(wù)平臺進(jìn)行服務(wù)訪問，較少的障礙物為機(jī)艙內(nèi)部提供了更多的空間。
連續(xù)調(diào)節(jié)
經(jīng)多代維斯塔斯風(fēng)機(jī)驗證，V27-225kW是偏航制動系統(tǒng)，包括相對的鋼鐵和特氟龍環(huán)，以及多個彈簧加載的摩擦壓力點。 該解決方案旨在使該風(fēng)機(jī)能夠持續(xù)使用25年，根據(jù)風(fēng)向不斷變化能夠連續(xù)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子。
緊湊的“封閉”輪轂是其獨(dú)特的設(shè)計成就，用于增強(qiáng)剛度，其中每個葉片包含兩個約700kg的槳距執(zhí)行器，可借助伸縮式內(nèi)置起重機(jī)單獨(dú)拆卸。 變槳軸承螺栓直徑4.6米，與Adwen AD 8-180風(fēng)機(jī)的8.5米長葉片的“僅”4.2米相比較大。
V164配備了基于負(fù)載的獨(dú)立變槳距（IPC）。 Andersen解釋說：“在每個轉(zhuǎn)子革新的過程中，葉根持續(xù)地測量葉片負(fù)載，并控制風(fēng)機(jī)。”
安裝大廳內(nèi)有四個安裝全套的機(jī)艙，并且?guī)讉€電氣模塊將安裝在內(nèi)部塔底。 每個模塊在上層增加一個內(nèi)部電源，其后安裝能夠產(chǎn)生的直流 / 變流的逆變器（直流 / 變流整流器在機(jī)艙后部），66kV或33kV變壓器，在底部安裝開關(guān)裝置。
葉片制造
丹麥的MHI維斯塔斯Nakskov葉片制造廠于2014年在一個翻新的前維斯塔斯V90葉片制造廠開始運(yùn)營。 除了在Nakskov進(jìn)行最終噴漆和邊緣保護(hù)應(yīng)用階段外，葉片也在英國的懷特島工廠生產(chǎn)。
英國和丹麥的MHI維斯塔斯懷特島工廠生產(chǎn)葉片
80米的葉片是殼型結(jié)構(gòu)，碳纖維部分被并入上殼體和下殼體中。 35噸葉片的一個顯著特征是大直徑的根部延伸到細(xì)長的機(jī)翼朝向葉片尖端。 葉根結(jié)合了一種新穎的專利螺栓插入設(shè)計，可以減少壁厚，縮小螺栓間隔，在圓周上用更多的螺栓吸收葉片負(fù)載。 大葉根直徑和其他獨(dú)特特征的組合表明，在當(dāng)前的設(shè)計上或者是全新發(fā)展的基礎(chǔ)上，將來葉片增大的可能性將大大增加。
Senvion已經(jīng)宣布正在開發(fā)10MW風(fēng)機(jī)。 但是V164-9.5MW的450Wm2的額定功率可能代表了目前80米葉片的最終安裝功率。 下一步MHI 維斯塔斯10MW以上的風(fēng)機(jī)的需要更大的轉(zhuǎn)子。
Andersen不愿透露具體的計劃。 但是他表示：“經(jīng)證實該平臺具有良好的擴(kuò)展性，為保持保持競爭力，我們將全力以赴，應(yīng)對所有競爭對手的挑戰(zhàn)。”
擴(kuò)展閱讀：
2014年4月份，三菱重工與丹麥VestasWindSystemsA/S公司聯(lián)合成立了合資公司——MHIVestasOffshoreWind，為提高海上風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域能力而與Vestas公司牽手合作，將積極采用包括在海上風(fēng)力發(fā)電設(shè)備開發(fā)、設(shè)計以及制造過程中所需要的DigitalDisplacementTransmission(DDT)技術(shù)等在內(nèi)的MHI公司擁有的核心技術(shù)。
英文內(nèi)容：
Coming soon… MHI Vestas expects the first commercial deployment for the uprated V164-9.5MW by 2020
MHI Vestas has upgraded its large offshore turbine to a nameplate capacity of 9.5MW, together with a number of detail changes aimed at reducing the levelised cost of energy (LCOE). The rotor diameter remains unchanged at 164 metres.
The V164-9.5MW has successfully completed power curve and loads measurements in field testing at the company’s Østerild site since late 2016. It is now available for firm orders for specific projects. The first commercial deployment is expected by 2020.
When introduced in March 2011, then with a nameplate capacity of 7MW, the V164 had the wind industry’s highest power rating and was "to provide the highest energy capture and highest reliability" in the demanding marine environment.
However, the turbine was always designed for at least an 8MW capacity, as was reflected by the upgrade announced a year later. "Developing this large-scale offshore-dedicated turbine represented a huge challenge, essentially scaling up from a validated 3MW to 8MW," said senior product manager Anders Bach Andersen. "The largest rotor we had produced before was 120 metres for a 4.5MW prototye with 58-metre blades, set against the V164’s 80-metre blades.
New features included a tube-shaped medium-speed drivetrain with the structural load-carrying main shaft housing bolted to a cast machine bed. The chassis design comprised a heavy-duty cast vertical section bolted to the machine bed, and integrated within a steel spaceframe structure to carry the weight of nacelle components and support servicing activities.
"The V164’s massive scale and design features made us cautious," said Andersen. "It meant applying extra design reserves to compensate for unavoidable know-how gaps and associated risks. But the 8MW has now become a mature serial product, with 35 units in operation [32 offshore at Burbo Banks Extension] and an order backlog of around 300 turbines," he said.
