走自主創(chuàng)新的道路設(shè)計(jì)世界領(lǐng)先水平的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的課件

1、走自主創(chuàng)新的道路設(shè)計(jì)世界領(lǐng)先水平的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組內(nèi) 容 購買技術(shù)不是出路 走自主創(chuàng)新的道路 自主設(shè)計(jì)永磁直驅(qū)兆瓦機(jī)組 我們對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì)的感想 自主設(shè)計(jì)海上5MW風(fēng)力發(fā)電機(jī)組一二三四五我國風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的產(chǎn)量及兆瓦機(jī)組的裝機(jī)量在國際上已達(dá)到領(lǐng)先水平。作為一個(gè)風(fēng)力發(fā)電大國，生產(chǎn)的兆瓦機(jī)組多數(shù)是引進(jìn)技術(shù)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(shù)。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(fèi)去購買國外技術(shù)，有人說買到的技術(shù)最好也不過是二流的，還美其名日是“管理創(chuàng)新”，實(shí)際上是人家研究出新機(jī)型后把淘汰的機(jī)型賣給你，賺了你的錢還看不起你，還準(zhǔn)備下次用

2、同樣的方法再賺你的錢。一、購買技術(shù)不是出路引進(jìn)技術(shù)多數(shù)是相對(duì)落后的技術(shù)，有的技術(shù)不成熟，是國內(nèi)部件生產(chǎn)商解決了技術(shù)難點(diǎn)。2007年某公司引進(jìn)的1.5MW機(jī)組技術(shù)，當(dāng)時(shí)歐洲已執(zhí)行低電壓穿越的入網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)果此機(jī)組根本不具備此技術(shù)?，F(xiàn)在再打官司，損失已經(jīng)形成。而同期國內(nèi)自主設(shè)計(jì)的機(jī)組都能低電壓穿越，而引進(jìn)的卻不能，可能是太崇洋造成的。一個(gè)真正的設(shè)計(jì)者，必須走自主創(chuàng)新的道路，這才是根本大道，也不會(huì)有那么多專利制約。沒有對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的充分了解，沒有創(chuàng)新，沒有大量的科學(xué)試驗(yàn)研究，就不可能設(shè)計(jì)出一流的具有國際先進(jìn)水平的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。走原創(chuàng)道路更能知道目前機(jī)組的優(yōu)缺點(diǎn)及改進(jìn)的方向。引進(jìn)機(jī)組有許多缺陷，使某個(gè)

3、大公司走向倒閉的危險(xiǎn)。而且引進(jìn)機(jī)組有定期報(bào)廢的嫌疑，如G850機(jī)組的齒輪箱到10年必壞，根本達(dá)不到20年的壽命期，而且10年后連配件都買不上。 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組“到期報(bào)廢”的問題IEC規(guī)定風(fēng)力發(fā)電機(jī)組使用壽命為20年。實(shí)際中很多部件不到20年就報(bào)廢，這里有兩種情況：一種是質(zhì)量問題；一種是故意報(bào)廢。目前雙饋機(jī)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(duì)潤滑要求很高，廠家把這個(gè)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(jìn)的電機(jī)，要求H絕緣F級(jí)使用，而在不重要的某處使用F級(jí)的材料，留一個(gè)提前報(bào)廢的節(jié)點(diǎn)，使電機(jī)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(qū)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。1982年開發(fā)了6米直徑永磁直驅(qū)可變幾何型立軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組（水電部項(xiàng)目），曾獲科技部進(jìn)步獎(jiǎng)。2kW立軸永磁直驅(qū)可變幾何型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組（1982年）從國家“75”項(xiàng)目開始到“十一五”一直做國家的風(fēng)電科研項(xiàng)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(jī)型都有一些國家科研經(jīng)費(fèi)的支持，是經(jīng)過大量試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上完成的。50kW機(jī)組安裝于韓國江

5、源道（2001年）2kW并網(wǎng)機(jī)組1995通過了50kW永磁直驅(qū)的并網(wǎng)離網(wǎng)兩用的發(fā)電機(jī)組的鑒定，電機(jī)效率達(dá)95%。已經(jīng)使用釹鐵硼40SH在當(dāng)時(shí)決不落后于國外同期技術(shù)。此機(jī)組當(dāng)時(shí)就采用了電驅(qū)自動(dòng)調(diào)向、使用可編程控制器PLC及相關(guān)軟件控制，和現(xiàn)在的兆瓦機(jī)無論在控制算法上、結(jié)構(gòu)上無多大差異。50kW永磁直驅(qū)并網(wǎng)或離型兩用機(jī)組（1995年）已批量出口的100kW永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組由于上面所開發(fā)的永磁直驅(qū)機(jī)組其中有些大量出口到國外，我們的技術(shù)得到國外同行的承認(rèn)，我們也曾被國外機(jī)構(gòu)邀請(qǐng)到他處搞合作設(shè)計(jì)和專題研究。在和他們的合作中發(fā)現(xiàn)你有獨(dú)特的見解、有試驗(yàn)和科研成果，他們就會(huì)尊敬你，一味的照抄就受到鄙視。

6、后來國內(nèi)大型機(jī)組的研究相對(duì)落后，主要是整體政策環(huán)境和科研經(jīng)費(fèi)的短缺，如當(dāng)時(shí)我們50kW機(jī)組的科研費(fèi)當(dāng)時(shí)只有20萬。 在對(duì)外技術(shù)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(jìn)方案，他們就會(huì)特別尊敬你，會(huì)和你很開放的討論問題。只有這樣才能做到真正的技術(shù)交流。三、自主設(shè)計(jì)永磁直驅(qū)兆瓦機(jī)組你花錢買了別人的技術(shù)，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(shù)先進(jìn)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。從2004年開始，我們就開始進(jìn)行兆瓦級(jí)永磁直驅(qū)機(jī)組的設(shè)計(jì)和開發(fā)。2006年我們在完全獨(dú)立自主、沒有和任何國外機(jī)構(gòu)合作的情況下完成了1MW和1.5MW永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的設(shè)計(jì)。2007年

7、完成樣機(jī)制造?，F(xiàn)在已經(jīng)進(jìn)行了三年的商業(yè)運(yùn)行，表現(xiàn)出優(yōu)良的特性，主要特點(diǎn)有：非常好的低風(fēng)速發(fā)電特性，2.5m/s風(fēng)速時(shí)切入，在8m/s風(fēng)速時(shí)和同一風(fēng)場安裝的雙饋機(jī)發(fā)電量多出100千瓦左右；非常小的維護(hù)工作量和維護(hù)費(fèi)用，年維護(hù)費(fèi)用在2萬元以下，主要是人工巡檢費(fèi)；經(jīng)業(yè)主統(tǒng)計(jì)后測得年可利用率99%；經(jīng)國家相關(guān)檢測單位測得電機(jī)額定功率的效率為98%。申報(bào)批準(zhǔn)了70多項(xiàng)專利，通過科學(xué)院科技查新，認(rèn)為該機(jī)組的技術(shù)特點(diǎn)國際上獨(dú)創(chuàng)，綜合技術(shù)達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先、國際先進(jìn)水平。在同時(shí)期國內(nèi)也有多個(gè)兆瓦風(fēng)力發(fā)電機(jī)組開發(fā)成功，這說明我們國內(nèi)技術(shù)人員完全可以自主開發(fā)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。海灣風(fēng)電場（2009年）四、我們對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組

8、的設(shè)計(jì)有以下感想：1首先是可靠性可靠性是風(fēng)力發(fā)電機(jī)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(hù)修理費(fèi)用要小于機(jī)組殘值1/20的，只有這樣才能保證機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性。而目前引進(jìn)的很多機(jī)組做不到這些。要確實(shí)做到質(zhì)量第一，不進(jìn)入到片面降價(jià)的旋渦，要在品質(zhì)、質(zhì)量和安全及壽命上和國外機(jī)組競爭。 我們目前出口的機(jī)組每kW售價(jià)在1萬元左右，20kW、50kW、100kW賣到歐美多個(gè)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(jià)格上我們比他們略低一些，而在質(zhì)量上要更好一些。在國內(nèi)，如果有金融產(chǎn)品幫助資本運(yùn)轉(zhuǎn)的話，在機(jī)頭殘值歸我們的條件下，我們可以做到20年免費(fèi)保修。2先進(jìn)的技術(shù)水平要設(shè)計(jì)出國際

9、先進(jìn)水平的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組必須做到機(jī)組的高效率，風(fēng)輪氣動(dòng)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(shè)計(jì)，減小展向流動(dòng)CP值可達(dá)到0.5。永磁直驅(qū)電機(jī)效率在額定點(diǎn)0.98。如果電機(jī)效率為0.94的情況下，電機(jī)提高2個(gè)百分點(diǎn)，總效率提高一個(gè)百分點(diǎn)，兩年的發(fā)電量增加的效益就能收回因此增加的材料費(fèi)的投入，所以決不因價(jià)格戰(zhàn)而降低性能。機(jī)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(jìn)科學(xué)的工藝方法。如我們采用特殊的分?jǐn)?shù)槽，保證了低風(fēng)速發(fā)電特性，做到2.5m/s的切入風(fēng)速2m/s時(shí)起動(dòng)。經(jīng)過科學(xué)試驗(yàn)驗(yàn)證的磁極形狀，氣隙大小，這些保證了電機(jī)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(zhì)要滿足歐洲2006標(biāo)準(zhǔn)，和電網(wǎng)友好可適時(shí)的調(diào)度有功無功。3創(chuàng)新和技術(shù)進(jìn)步必須有科學(xué) 試驗(yàn)為基礎(chǔ)。產(chǎn)品要比別人先進(jìn)，就必須有進(jìn)步點(diǎn)。但你必須用試驗(yàn)證明你的方法的確比原有的方法優(yōu)越，可以先進(jìn)行適當(dāng)?shù)男釉囼?yàn)。如永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)和變流器的配合問題，受到一些國外公司的誤導(dǎo)，他們說必須用可控整流才能提高永磁電機(jī)的效率和功率因數(shù)，才能達(dá)到低風(fēng)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(shí)是錯(cuò)誤概念。 我們在相近位置上安裝了兩臺(tái)同樣風(fēng)輪直徑的1.5MW永磁直驅(qū)機(jī)組，電機(jī)和配用變流器各自對(duì)應(yīng)，其中一臺(tái)是可控整流的進(jìn)口變流器，另一臺(tái)安裝了

11、國產(chǎn)的變流器，是二級(jí)管不可控整流也沒有斬波升壓，并末發(fā)現(xiàn)低風(fēng)速及其它風(fēng)速下兩臺(tái)機(jī)組的出力有什么明顯差異，證明在這個(gè)問題上一些國外變流器廠家的說法是一個(gè)錯(cuò)誤。我們大量出口到國外的機(jī)組都是用不可控整流的變流器并沒有問題。要區(qū)別科學(xué)還是誤導(dǎo)，因?yàn)橛泻芏嘤^點(diǎn)是商業(yè)利益驅(qū)使。4借鑒同行的技術(shù)不但要看成功的范例，更要看失敗的案例和出問題機(jī)組的情況及原因。要清楚的研究國外風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)及性能指標(biāo)的來源。要看清楚哪些技術(shù)指標(biāo)是可以突破的，哪些缺點(diǎn)怎么克服，買來的技術(shù)做到這一點(diǎn)比較難，這需要做調(diào)研。要到風(fēng)電場風(fēng)機(jī)安裝處了解，去生產(chǎn)廠很難了解到機(jī)組的缺點(diǎn)，從部件和整機(jī)廠商很難了解到實(shí)情。五、自主設(shè)計(jì)海上

12、5MW 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組我們面對(duì)未來海上風(fēng)機(jī)的需要，設(shè)計(jì)了5MW風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，依然采用永磁直驅(qū)型式，內(nèi)轉(zhuǎn)子、防護(hù)等級(jí)IP54。 技術(shù)參數(shù)額定功率5MW 切入風(fēng)速2.5m/s額定風(fēng)速12m/s風(fēng)輪直徑126m掃掠面積12469葉片數(shù)3轉(zhuǎn)速范圍5-16rpm工作電壓3300V/690V上網(wǎng)頻率50Hz/60Hz功率轉(zhuǎn)速控制變距及最大功率跟蹤電驅(qū)獨(dú)立變距電驅(qū)偏航減速機(jī)8個(gè)葉輪轂、電機(jī)殼、機(jī)艙座球墨鑄鐵設(shè)計(jì)采用標(biāo)準(zhǔn)IEC61400永磁發(fā)電機(jī)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(zhuǎn)速15rpm冷卻型式自然風(fēng)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(hù)等級(jí)IP545MW機(jī)組結(jié)構(gòu)示意圖氣流方向自然冷卻示意機(jī)艙布置永磁直驅(qū)發(fā)電機(jī)我們有成熟的高效率的經(jīng)過驗(yàn)證的電磁模型，使永磁電機(jī)的設(shè)計(jì)非常準(zhǔn)確。由于電磁模型是原創(chuàng)的，經(jīng)過了大量的實(shí)驗(yàn)優(yōu)化，保證了永磁電機(jī)的優(yōu)良特性和非常好的性價(jià)比。1因海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組需靠船運(yùn)輸，費(fèi)用高且受氣候因素制約，不可能隨時(shí)到達(dá)機(jī)組。有齒輪箱型式的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組維護(hù)復(fù)雜費(fèi)用高。我們安裝的1.5MW風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的風(fēng)場位于海堤。風(fēng)場中同時(shí)安裝有8臺(tái)雙饋機(jī)，并長年有2人輪流值班維護(hù)，即便如此在運(yùn)行8個(gè)月后就開始漏油。而我們的1.5MW永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組采用遠(yuǎn)程監(jiān)視，三

14、個(gè)月難得去一次現(xiàn)場，可見維護(hù)特性的差異比較大。投入商業(yè)運(yùn)行后經(jīng)業(yè)主統(tǒng)計(jì)（2012年），我們樣機(jī)的可利用率達(dá)到99.6%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)比他們高，發(fā)電量比相近位置雙饋機(jī)組也高。為了保證風(fēng)力發(fā)電機(jī)組正常運(yùn)行，只需半年一次巡檢，一年加注一次潤滑酯。永磁直驅(qū)機(jī)組用于海上風(fēng)場必然會(huì)大幅降低維護(hù)費(fèi)用。2采用特殊的分?jǐn)?shù)槽技術(shù)。 495槽、164極使電機(jī)的齒槽力矩極小，保證了永磁電機(jī)有極低的振動(dòng)和噪聲，使電機(jī)有非常高的功率因數(shù)和很低的諧波，更保證了機(jī)組的低風(fēng)速發(fā)電特性。2.5m/s風(fēng)速時(shí)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(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組上經(jīng)過驗(yàn)證。3連續(xù)散線繞組技術(shù)：采用連續(xù)散線繞組，永磁電機(jī)每相由一束300多根連續(xù)導(dǎo)線組成，全電機(jī)每一相線中無接頭焊點(diǎn)，保證了良好的工藝性和可靠性。通過扭轉(zhuǎn)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(yīng)。 連續(xù)散繞組下線4 磁鋼的固定和保護(hù)5采用NHN+玻纖環(huán)氧云母帶+NHN的槽絕緣結(jié)構(gòu)，保證了繞組的機(jī)械特性、耐電暈特性、耐電脈沖特性（已報(bào)發(fā)明專利），并經(jīng)驗(yàn)證。6控制算法采用風(fēng)輪面內(nèi)平滑風(fēng)速湍流度，用迭代法求前方風(fēng)速及速比，PID起輔助作用的變距算法，計(jì)算過程不發(fā)散，轉(zhuǎn)速和功率控制精度高。大風(fēng)時(shí)風(fēng)輪轉(zhuǎn)速最高不超過額定轉(zhuǎn)速的5%。降低了機(jī)組的載荷，使其加速度值不會(huì)超過0.05G。7全部采用電調(diào)驅(qū)動(dòng)方法。8機(jī)組按IEC 614