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海上大型直驱永磁风力发电机,如何兼顾效率与可靠性?

   日期:2020-07-02     来源:金风科技    浏览:4101    评论:0    
海上风电因其资源丰富、风向稳定、发电小时数高等优势,成为可再生能源发展的重要领域之一。但海上风电成本较高,是陆上风电的两倍左右,同时由于环境复杂、安装及运维难度大等特点,对风电机组提出了更大单机容量、更少维护成本、更高可靠性等要求。

直驱式风力发电机效率较高,在低风速时,发电机可利用率仍大于98%;省去齿轮系统的运维环节,有效降低全生命周期综合成本;采用全功率的交—直—交变频技术,具有更强的电网友好性……可见,直驱永磁风力发电机组应用于海上,优势明显。

在效率提升、成本降低的基础上,直驱永磁风电机组如何在海洋环境下保证可靠性呢?

↑ 海上风电的特性对机组提出更大单机容量、更少维护成本、更高可靠性等要求

高可靠磁极防护设计

永磁直驱发电机通过增加磁极对数使电机额定转速下降,这样就不需要增加齿轮箱,而可以通过叶轮转动直接驱动发电机发电。因此,磁极结构的可靠性设计对直驱机组而言至关重要。
金风科技海上发电机转子磁极采用“高密封防护等级覆层+高安全系数机械式固定”的设计方案,磁极具备多层防护,每层防护都充分考虑了大温差、高湿度、重盐雾的海洋环境特点,同时兼具高设计可靠性、低工艺分散性、磁极模块化的优势,保证产品运行寿命,降低维护成本,为金风科技海上风电可靠性保驾护航。

定制海上绝缘系统整体方案

早在2015年,金风科技就成立了“风力发电机绝缘系统可靠性试验中心”,开展风力发电机绝缘系统的可靠性研究及应用——在绝缘材料方面,重视单体材料关键性能的研究,多手段保证质量;在绝缘结构组合方面,从材料级、部件级、系统级分别进行多层级匹配和评估,全方位应对海上高潮湿、高盐雾、高温度差等特殊环境;在绝缘系统设计方面,结合研发设计、工艺制造、海上复杂运行工况等,自主开发专门应对海上环境的老化试验方案,快速识别绝缘系统缺陷,反哺设计及制造工艺优化。
金风科技海上发电机磁极防护及绝缘结构在设计过程中引入FMEA(失效模式与影响分析)工具,有效甄别设计方案中可能存在的风险点,并通过设计优化及验证加以改进,有力保证最终方案的高可靠性。

全环节实验验证支持

金风科技投资建设大型风电机组全工况仿真试验平台:江苏大丰6MW、16MW试验平台、福建10MW试验平台。平台具有检测容量大、检测项目全、检测技术领先等特点,在磁极、定子绝缘结构设计、验证、制造过程中,从材料、部件、模卡等层级,辅以温度、湿度、振动、盐雾等应力,对设计方案进行全面的可靠性评估,保证产品设计寿命,满足可靠性要求。

位于江苏大丰的“大型直驱永磁风电机组检测技术国家地方联合工程实验室”,于2018年底获准加入Intertek(天祥)集团“卫星计划”实验室,引领中国风电前沿技术发展,成为世界顶尖三大风电实验中心之一。

↑ 金风科技“大型直驱永磁风电机组检测技术国家地方联合工程实验室”获准加入Intertek(天祥)集团“卫星计划”实验室

超低风速启动提升发电量


2020年1月,金风科技参与的“大型低速高效直驱永磁风力发电机关键技术及应用项目”获得2019年度国家技术发明二等奖。

其中,金风科技发明直驱永磁风力发电机齿槽转矩抑制新方法,使电机齿槽转矩降低65%,攻克大型直驱风电机组超低风速下启动发电的世界难题,在有效保证可靠性的前提下,增加低风速区域发电量超过5‰以上;同时,金风科技发明变流器控制下机组全工况设计方法,提出功率快速跟踪策略,降低机组载荷的同时提升发电效率;在大型风电机组制造、试验等其他关键技术领域也有突破创新。

↑ 降本增效的同时保证可靠性,是海上风电长远发展的关键
 
平价时代,海上风电迎来实现平价上网以及与电力系统协同发展等多重挑战。降本增效的同时保证可靠性,逐步提高竞争力,才是行业长远发展的关键。

近年来,海上直驱永磁技术的市场份额逐年递增,海上直驱永磁技术受到业内人士广泛关注。作为国内直驱永磁技术的代表,金风科技将继续致力于追求度电成本最优,以提升效率、提高产品的可靠性为己任,为我国海上风电行业持续健康发展贡献智慧与力量。 
 

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