10MW級海上風(fēng)電機(jī)組技術(shù)講座課件

10MW風(fēng)電機(jī)組技術(shù)10MW風(fēng)電機(jī)組技術(shù)1行業(yè)背景10MW難點(diǎn)及關(guān)鍵技術(shù)10MW研制情況科技部項目申報情況行業(yè)背景10MW難點(diǎn)及關(guān)鍵技術(shù)21.1

國家和地方關(guān)于發(fā)展大功率海上風(fēng)電機(jī)組的政策規(guī)劃（1）《風(fēng)電發(fā)展“十三五”規(guī)劃》--促進(jìn)技術(shù)自主創(chuàng)新（2）《能源技術(shù)創(chuàng)新“十三五規(guī)劃”》--重點(diǎn)任務(wù)（3）《山東省“十三五”戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》--重點(diǎn)發(fā)展產(chǎn)業(yè)--綠色產(chǎn)業(yè)（4）科技部“可再生能源與氫能技術(shù)”重點(diǎn)專項，“面向深遠(yuǎn)海的大功率海上風(fēng)電機(jī)組及關(guān)鍵部件設(shè)計研發(fā)”，機(jī)組的額定功率不小于10MW。1.1國家和地方關(guān)于發(fā)展大功率海上風(fēng)電機(jī)組的政策規(guī)劃（1）3規(guī)劃指導(dǎo)意義強(qiáng)，10MW級海上風(fēng)電機(jī)組將成為未來海上風(fēng)電的主力機(jī)型。1.2

市場表現(xiàn)+42%+97%+64%數(shù)據(jù)來源：CWEA

2018年中國風(fēng)電吊裝容量統(tǒng)計簡報--《風(fēng)能》2019年04期《風(fēng)電發(fā)展“十三五”規(guī)劃》規(guī)劃指導(dǎo)意義強(qiáng)，10MW級海上風(fēng)電機(jī)組將成為未來海上風(fēng)電的主4行業(yè)背景10MW難點(diǎn)及關(guān)鍵技術(shù)10MW研制情況科技部項目申報情況行業(yè)背景10MW難點(diǎn)及關(guān)鍵技術(shù)52009年國家海上風(fēng)電工程技術(shù)研究中心成立2010年2月5MW機(jī)組研制5MW

樣

機(jī)示范2012年9月H171-5MW立項開發(fā)2015年12月樣機(jī)研制關(guān)鍵技

升級術(shù)研究

換代研究內(nèi)容演變項目立項背景H171-5MW樣機(jī)示范2017年9月10MW

機(jī)組研制2017年11月H152-6.2MWH171-6.2MW2009年國家海上風(fēng)電工程技術(shù)研究中心成立2010年2月56時間風(fēng)機(jī)可利用率%發(fā)電量MWh等效滿發(fā)小時數(shù)h01月02月03月04月05月06月07月08月09月10月11月12月總計H151-5MW運(yùn)行數(shù)據(jù)時間風(fēng)機(jī)可利用率%發(fā)電量MWh等效滿發(fā)小時數(shù)h01月02月03月04月05月06月07月08月09月10月11月12月總計H171-5MW運(yùn)行數(shù)據(jù)時間風(fēng)機(jī)可利用率%發(fā)電量MWh等效滿發(fā)小時數(shù)h01月02月07低風(fēng)速造詣：H151-5MW機(jī)組創(chuàng)造了2013年的全球最大風(fēng)輪記錄H171-5MW機(jī)組創(chuàng)造了2017年的全球最大風(fēng)輪記錄，使長江口以北的低風(fēng)速海域具備了開發(fā)價值，被評為2018年度最佳機(jī)型，也被鑒定為海上低風(fēng)速全球領(lǐng)先。在使用和協(xié)同設(shè)計碳纖維、大葉片上積累豐富經(jīng)驗。低風(fēng)速造詣：8低平均高極端√投資成本高√可達(dá)性差√腐蝕√高溫√施工窗口期短√低平均高極端√√√√√9度電成本示意？主要矛盾：功率大、風(fēng)輪大、度電成本低Vs零部件設(shè)計制造技術(shù)成熟度不夠、成本高根據(jù)windmonitor研究趨勢判斷7MW機(jī)組需要180m+風(fēng)輪直徑（高風(fēng)速機(jī)型所需的風(fēng)輪直徑略小，低風(fēng)速機(jī)型所需的風(fēng)輪直徑略大）。根據(jù)DTU推斷，90m長度下：碳纖葉片預(yù)計重量為40t常規(guī)玻纖葉片預(yù)計重量為52t幾乎是現(xiàn)有5MW葉片重量的1.5倍葉片長度、重量、載荷、發(fā)電量、整機(jī)成本多條件相互制約。度電成本示意？主要矛盾：功率大、風(fēng)輪大、度電成本低成本高根據(jù)10發(fā)電量數(shù)據(jù)載荷數(shù)據(jù)庫零部件成本與載荷模型度電成本計算評估功率等級與葉片長度發(fā)電量數(shù)據(jù)載荷數(shù)據(jù)庫評估功率等級與葉11針對載荷狀態(tài)的全域感知技術(shù)基于半物理模型的載荷重構(gòu)及疲勞損傷監(jiān)控技術(shù)基于多元感知的實(shí)時+半實(shí)時降載技術(shù)基于載荷感知的疲勞載荷控制技術(shù)集群針對載荷狀態(tài)的全域感知技術(shù)基于半物理模型的載荷重構(gòu)及疲勞損傷12H171已攻克技術(shù)超長型輕量化葉片設(shè)計技術(shù)；大型海上風(fēng)電葉片載荷優(yōu)化技術(shù)；大厚度碳纖維主梁真空灌注成型技術(shù)；大厚度碳纖維無損檢測技術(shù)研究；碳纖維葉片防雷技術(shù)及避雷銅網(wǎng)修復(fù)技術(shù)；海上風(fēng)電葉片前緣防護(hù)新技術(shù)；……H171已攻克技術(shù)超長型輕量化葉片設(shè)計技術(shù)；13100m葉片面臨的新挑戰(zhàn)氣動和氣彈非線性更加嚴(yán)重；新材料、新工藝、新結(jié)構(gòu)形式，有效控制葉片重量，充分發(fā)揮材料和結(jié)構(gòu)性能；大尺寸葉片鋪層定位、鋪放及平整度控制將需要自動化設(shè)備運(yùn)輸和安裝需要新的運(yùn)輸和吊裝設(shè)備；大葉片的造價急劇增加，急待開展成本控制技術(shù)研究；100m葉片面臨的新挑戰(zhàn)氣動和氣彈非線性更加嚴(yán)重；14面臨問題：如何選擇一條安全又經(jīng)濟(jì)的路線。液壓變槳電動變槳國內(nèi)擁有較強(qiáng)技術(shù)實(shí)力，設(shè)計及運(yùn)行維護(hù)經(jīng)驗成熟。主要以VESTAS、SG為代表。國內(nèi)應(yīng)用案例較少，技術(shù)實(shí)力尚待提升。面臨問題：液壓電動變槳國內(nèi)擁有較強(qiáng)技術(shù)實(shí)力，設(shè)計及運(yùn)行維15圖

多驅(qū)傳動試驗平臺通過對液壓變槳和電動變槳在設(shè)計方案、開發(fā)成本、可維護(hù)性、產(chǎn)品成熟度、技術(shù)延續(xù)性等多方面的對比分析，在單驅(qū)動變槳技術(shù)的基礎(chǔ)上，中國海裝選擇了開發(fā)雙驅(qū)變槳系統(tǒng)技術(shù)路線。同時，開發(fā)模擬變槳系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行工況的

雙驅(qū)/多驅(qū)變槳測試平臺，充分確保設(shè)計開發(fā)、測試驗證的閉環(huán)。轉(zhuǎn)速平穩(wěn)性、負(fù)荷平衡性。開展多失效模式下的安全性論證，及閉環(huán)邏輯設(shè)計等圖多驅(qū)傳動試驗平臺通過對液壓變槳和電動變槳在設(shè)計方案、開發(fā)16結(jié)構(gòu)緊湊電機(jī)巨大、重心靠前、彎矩大制造難度大可維性差，維護(hù)成本高零部件少，理論可靠性高直驅(qū)高速永磁中速永磁結(jié)構(gòu)較緊湊風(fēng)輪、傳動鏈布局合理，利于平衡零部件加工精度高吊裝、維護(hù)較易成本較低傳動鏈長風(fēng)輪、傳動鏈布局合理，利于平衡制造難度相對降低吊裝、維護(hù)較易成本較低結(jié)構(gòu)緊湊直驅(qū)高速永磁中速永磁傳動鏈長17發(fā)電機(jī)軸承潤滑齒輪箱軸承電腐蝕主軸承的游隙控制……考慮可維護(hù)性，保證裝配精度等……發(fā)電機(jī)軸承潤滑齒輪箱軸承電腐蝕主軸承的游隙控制18中速中壓發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定控制發(fā)電系統(tǒng)采用中速永磁發(fā)電機(jī)+中壓全功率變流器，需解決變流器低載波特性導(dǎo)致的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動大和網(wǎng)側(cè)電流諧波大等問題。中速中壓發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定控制1910MW級海上風(fēng)電機(jī)組技術(shù)講座課件20行業(yè)背景10MW難點(diǎn)及關(guān)鍵技術(shù)10MW研制情況科技部項目申報情況行業(yè)背景10MW難點(diǎn)及關(guān)鍵技術(shù)21大功率整機(jī)及技術(shù)路線變槳系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)、變流器、變壓器軸承、齒輪箱、鑄造件、鍛造件制造、運(yùn)輸、吊裝大功率整機(jī)及技術(shù)路線22變槳系統(tǒng)主軸承系統(tǒng)傳動鏈系統(tǒng)發(fā)電系統(tǒng)…….變槳系統(tǒng)23長度區(qū)間、功率區(qū)間的整機(jī)載荷計算確定葉片長度、功率等級等迭代分析控制降載整機(jī)及零部件載荷長度區(qū)間、功率區(qū)間的整機(jī)載荷計算確定葉片長度、功率等級24三大軸承三大齒輪箱軸承變槳軸承主軸承偏航軸承齒輪箱變槳齒輪箱主齒輪箱偏航齒輪箱三大軸承三大齒輪箱軸承變槳軸承主軸承偏航齒輪箱變槳齒輪箱25完成輪轂、主軸、軸承座、機(jī)架設(shè)計及有限元計算；完成罩殼主體結(jié)構(gòu)設(shè)計結(jié)0構(gòu)4件機(jī)艙布局可維護(hù)、易維修；人機(jī)工程學(xué)應(yīng)用；環(huán)境友好型布局完成輪轂、主軸、軸承座、機(jī)架設(shè)計及有限元計算；結(jié)0構(gòu)4件機(jī)2610MW級海上風(fēng)電機(jī)組技術(shù)講座課件27行業(yè)背景10MW難點(diǎn)及關(guān)鍵技術(shù)10MW研制情況科技部項目申報情況行業(yè)背景10MW難點(diǎn)及關(guān)鍵技術(shù)28鑒于海裝目前設(shè)計的10MW正切合科技部10MW的項目要求，葉片≥100米，功率≥10MW，以及重量要求等。因此，我們也在結(jié)合各參與單位的優(yōu)勢及已有工作基礎(chǔ)，組織申報工作，希望各位領(lǐng)導(dǎo)專家多指點(diǎn)。“可再生能源與氫能技術(shù)”重點(diǎn)專項

2019年度項目指南鑒于海裝目前設(shè)計的10MW正切合科技部10MW的項目要求，29作為“國家海上風(fēng)電工程技術(shù)研究中心”的依托單位，中國海裝希望加強(qiáng)與行業(yè)的協(xié)作，共同促進(jìn)行業(yè)的良性發(fā)展。作為“國家海上風(fēng)電工程技術(shù)研究中心”的依托單位，中國海裝希望3010MW風(fēng)電機(jī)組技術(shù)10MW風(fēng)電機(jī)組技術(shù)31行業(yè)背景10MW難點(diǎn)及關(guān)鍵技術(shù)10MW研制情況科技部項目申報情況行業(yè)背景10MW難點(diǎn)及關(guān)鍵技術(shù)321.1

國家和地方關(guān)于發(fā)展大功率海上風(fēng)電機(jī)組的政策規(guī)劃（1）《風(fēng)電發(fā)展“十三五”規(guī)劃》--促進(jìn)技術(shù)自主創(chuàng)新（2）《能源技術(shù)創(chuàng)新“十三五規(guī)劃”》--重點(diǎn)任務(wù)（3）《山東省“十三五”戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》--重點(diǎn)發(fā)展產(chǎn)業(yè)--綠色產(chǎn)業(yè)（4）科技部“可再生能源與氫能技術(shù)”重點(diǎn)專項，“面向深遠(yuǎn)海的大功率海上風(fēng)電機(jī)組及關(guān)鍵部件設(shè)計研發(fā)”，機(jī)組的額定功率不小于10MW。1.1國家和地方關(guān)于發(fā)展大功率海上風(fēng)電機(jī)組的政策規(guī)劃（1）33規(guī)劃指導(dǎo)意義強(qiáng)，10MW級海上風(fēng)電機(jī)組將成為未來海上風(fēng)電的主力機(jī)型。1.2

市場表現(xiàn)+42%+97%+64%數(shù)據(jù)來源：CWEA

2018年中國風(fēng)電吊裝容量統(tǒng)計簡報--《風(fēng)能》2019年04期《風(fēng)電發(fā)展“十三五”規(guī)劃》規(guī)劃指導(dǎo)意義強(qiáng)，10MW級海上風(fēng)電機(jī)組將成為未來海上風(fēng)電的主34行業(yè)背景10MW難點(diǎn)及關(guān)鍵技術(shù)10MW研制情況科技部項目申報情況行業(yè)背景10MW難點(diǎn)及關(guān)鍵技術(shù)352009年國家海上風(fēng)電工程技術(shù)研究中心成立2010年2月5MW機(jī)組研制5MW

樣

機(jī)示范2012年9月H171-5MW立項開發(fā)2015年12月樣機(jī)研制關(guān)鍵技

升級術(shù)研究

換代研究內(nèi)容演變項目立項背景H171-5MW樣機(jī)示范2017年9月10MW

機(jī)組研制2017年11月H152-6.2MWH171-6.2MW2009年國家海上風(fēng)電工程技術(shù)研究中心成立2010年2月536時間風(fēng)機(jī)可利用率%發(fā)電量MWh等效滿發(fā)小時數(shù)h01月02月03月04月05月06月07月08月09月10月11月12月總計H151-5MW運(yùn)行數(shù)據(jù)時間風(fēng)機(jī)可利用率%發(fā)電量MWh等效滿發(fā)小時數(shù)h01月02月03月04月05月06月07月08月09月10月11月12月總計H171-5MW運(yùn)行數(shù)據(jù)時間風(fēng)機(jī)可利用率%發(fā)電量MWh等效滿發(fā)小時數(shù)h01月02月037低風(fēng)速造詣：H151-5MW機(jī)組創(chuàng)造了2013年的全球最大風(fēng)輪記錄H171-5MW機(jī)組創(chuàng)造了2017年的全球最大風(fēng)輪記錄，使長江口以北的低風(fēng)速海域具備了開發(fā)價值，被評為2018年度最佳機(jī)型，也被鑒定為海上低風(fēng)速全球領(lǐng)先。在使用和協(xié)同設(shè)計碳纖維、大葉片上積累豐富經(jīng)驗。低風(fēng)速造詣：38低平均高極端√投資成本高√可達(dá)性差√腐蝕√高溫√施工窗口期短√低平均高極端√√√√√39度電成本示意？主要矛盾：功率大、風(fēng)輪大、度電成本低Vs零部件設(shè)計制造技術(shù)成熟度不夠、成本高根據(jù)windmonitor研究趨勢判斷7MW機(jī)組需要180m+風(fēng)輪直徑（高風(fēng)速機(jī)型所需的風(fēng)輪直徑略小，低風(fēng)速機(jī)型所需的風(fēng)輪直徑略大）。根據(jù)DTU推斷，90m長度下：碳纖葉片預(yù)計重量為40t常規(guī)玻纖葉片預(yù)計重量為52t幾乎是現(xiàn)有5MW葉片重量的1.5倍葉片長度、重量、載荷、發(fā)電量、整機(jī)成本多條件相互制約。度電成本示意？主要矛盾：功率大、風(fēng)輪大、度電成本低成本高根據(jù)40發(fā)電量數(shù)據(jù)載荷數(shù)據(jù)庫零部件成本與載荷模型度電成本計算評估功率等級與葉片長度發(fā)電量數(shù)據(jù)載荷數(shù)據(jù)庫評估功率等級與葉41針對載荷狀態(tài)的全域感知技術(shù)基于半物理模型的載荷重構(gòu)及疲勞損傷監(jiān)控技術(shù)基于多元感知的實(shí)時+半實(shí)時降載技術(shù)基于載荷感知的疲勞載荷控制技術(shù)集群針對載荷狀態(tài)的全域感知技術(shù)基于半物理模型的載荷重構(gòu)及疲勞損傷42H171已攻克技術(shù)超長型輕量化葉片設(shè)計技術(shù)；大型海上風(fēng)電葉片載荷優(yōu)化技術(shù)；大厚度碳纖維主梁真空灌注成型技術(shù)；大厚度碳纖維無損檢測技術(shù)研究；碳纖維葉片防雷技術(shù)及避雷銅網(wǎng)修復(fù)技術(shù)；海上風(fēng)電葉片前緣防護(hù)新技術(shù)；……H171已攻克技術(shù)超長型輕量化葉片設(shè)計技術(shù)；43100m葉片面臨的新挑戰(zhàn)氣動和氣彈非線性更加嚴(yán)重；新材料、新工藝、新結(jié)構(gòu)形式，有效控制葉片重量，充分發(fā)揮材料和結(jié)構(gòu)性能；大尺寸葉片鋪層定位、鋪放及平整度控制將需要自動化設(shè)備運(yùn)輸和安裝需要新的運(yùn)輸和吊裝設(shè)備；大葉片的造價急劇增加，急待開展成本控制技術(shù)研究；100m葉片面臨的新挑戰(zhàn)氣動和氣彈非線性更加嚴(yán)重；44面臨問題：如何選擇一條安全又經(jīng)濟(jì)的路線。液壓變槳電動變槳國內(nèi)擁有較強(qiáng)技術(shù)實(shí)力，設(shè)計及運(yùn)行維護(hù)經(jīng)驗成熟。主要以VESTAS、SG為代表。國內(nèi)應(yīng)用案例較少，技術(shù)實(shí)力尚待提升。面臨問題：液壓電動變槳國內(nèi)擁有較強(qiáng)技術(shù)實(shí)力，設(shè)計及運(yùn)行維45圖

多驅(qū)傳動試驗平臺通過對液壓變槳和電動變槳在設(shè)計方案、開發(fā)成本、可維護(hù)性、產(chǎn)品成熟度、技術(shù)延續(xù)性等多方面的對比分析，在單驅(qū)動變槳技術(shù)的基礎(chǔ)上，中國海裝選擇了開發(fā)雙驅(qū)變槳系統(tǒng)技術(shù)路線。同時，開發(fā)模擬變槳系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行工況的

雙驅(qū)/多驅(qū)變槳測試平臺，充分確保設(shè)計開發(fā)、測試驗證的閉環(huán)。轉(zhuǎn)速平穩(wěn)性、負(fù)荷平衡性。開展多失效模式下的安全性論證，及閉環(huán)邏輯設(shè)計等圖多驅(qū)傳動試驗平臺通過對液壓變槳和電動變槳在設(shè)計方案、開發(fā)46結(jié)構(gòu)緊湊電機(jī)巨大、重心靠前、彎矩大制造難度大可維性差，維護(hù)成本高零部件少，理論可靠性高直驅(qū)高速永磁中速永磁結(jié)構(gòu)較緊湊風(fēng)輪、傳動鏈布局合理，利于平衡零部件加工精度高吊裝、維護(hù)較易成本較低傳動鏈長風(fēng)輪、傳動鏈布局合理，利于平衡制造難度相對降低吊裝、維護(hù)較易成本較低結(jié)構(gòu)緊湊直驅(qū)高速永磁中速永磁傳動鏈長47發(fā)電機(jī)軸承潤滑齒輪箱軸承電腐蝕主軸承的游隙控制……考慮可維護(hù)性，保證裝配精度等……發(fā)電機(jī)軸承潤滑齒輪箱軸承電腐蝕主軸承的游隙控制48中速中壓發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定控制發(fā)電系統(tǒng)采用中速永磁發(fā)電機(jī)+中壓全功率變流器，需解決變流器低載波特性導(dǎo)致的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動大和網(wǎng)側(cè)電流諧波大等問題。中速中壓發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定控制4910MW級海上風(fēng)電機(jī)組技術(shù)講座課件50行業(yè)背景10MW難點(diǎn)及關(guān)鍵技術(shù)10MW研制情況科技部項目申報情況行業(yè)背景10MW難點(diǎn)及關(guān)鍵技術(shù)51大功率整機(jī)及技