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2021年10月17日-20日，2021北京國際風(fēng)能大會暨展覽會（CWP 2021）在北京新國展隆重召開。作為全球風(fēng)電行業(yè)年度大的盛會之一，這場由百余名演講嘉賓和數(shù)千名國內(nèi)外參會代表共同參與的風(fēng)能盛會，再次登陸北京。

本屆大會以“碳中和——風(fēng)電發(fā)展的新機(jī)遇”為主題，歷時四天，包括開幕式、主旨發(fā)言、高峰對話、創(chuàng)新劇場以及關(guān)于“國際成熟風(fēng)電市場發(fā)展動態(tài)及投資機(jī)會”“國際新興風(fēng)電市場發(fā)展動態(tài)及投資機(jī)會”“風(fēng)電設(shè)備智能運(yùn)維論壇”“碳達(dá)峰碳中和加速能源轉(zhuǎn)型”等不同主題的15個分論壇。能見App全程直播本次大會。

其中，10月19日海上風(fēng)電發(fā)展論壇隆重召開。中國船舶集團(tuán)海裝風(fēng)電股份有限公司研究院機(jī)械所副所長譚術(shù)平出席論壇，他的演講題目為：機(jī)組大型化，走向深遠(yuǎn)海。

以下為發(fā)言全文：

譚術(shù)平：大家上午好，我今天匯報的題目是：機(jī)組大型化走向深遠(yuǎn)海。

海上風(fēng)電勢頭強(qiáng)勁，全球風(fēng)能理事會（GWEC）2021年2月25日發(fā)布的新數(shù)據(jù)顯示，2020年全球海上風(fēng)電新增裝機(jī)容量超過6GW；中國連續(xù)三年領(lǐng)跑全球，2020年新增裝機(jī)量超過3GW占全球新增一半以上(達(dá)50.45%)；海上風(fēng)電總?cè)萘砍�過德國，僅次于英國，成為全球第二大海上風(fēng)電市場。

據(jù)國際著名咨詢公司W(wǎng)ood Mackenzie統(tǒng)計，全球海上風(fēng)電2020~2029新增容量規(guī)劃中，中國達(dá)到251GW,位列全球；十四五”期間預(yù)計新增裝機(jī)50GW/年，2025年后不低于60GW/年。到2030年風(fēng)電累計裝機(jī)容量至少達(dá)到8億千瓦，到2060年至少達(dá)到30億千瓦。

一是機(jī)組大型化，海上風(fēng)電機(jī)組大型化是海上風(fēng)電平價基礎(chǔ)，也是浮式風(fēng)電發(fā)展的必然趨勢。我國海上風(fēng)能資源豐富，潛力巨大，靠近東南部負(fù)荷中心，發(fā)展海上風(fēng)電對實(shí)現(xiàn)我國能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型和“3060”目標(biāo)具有深遠(yuǎn)意義。海上風(fēng)資源開發(fā)利用價值更高，但面臨開發(fā)成本高、可維護(hù)性差等問題。因此，亟需開發(fā)高可靠大功率海上風(fēng)電機(jī)組，支持海上風(fēng)電平價上網(wǎng)。同時需要加快海上風(fēng)電技術(shù)研發(fā)，縮短我國與歐美發(fā)達(dá)國家之間的差距，提升我國海上風(fēng)電領(lǐng)域自主創(chuàng)新與國際技術(shù)引領(lǐng)能力。

中國海裝擁有一個、3個省部級科研平臺。牽頭承擔(dān)了風(fēng)電領(lǐng)域項目11項，先后獲得獲重慶市科技進(jìn)步一等獎等省部級獎勵10余項，申請發(fā)明專利近百項。牽頭制定了多個國家標(biāo)準(zhǔn)，以上是中國海裝機(jī)組大型化發(fā)展歷程，也是中國海裝向更大型發(fā)展的堅實(shí)基礎(chǔ)。

1、匹配國內(nèi)長碳纖維葉片，在吸收更多風(fēng)能的同時，降低葉片載荷，減輕葉片重量，實(shí)現(xiàn)機(jī)組功率和葉片優(yōu)匹配

2、有限獨(dú)立變槳技術(shù)，降低機(jī)組載荷

3、雙軸承支撐形式，承載能力更強(qiáng)，對齒輪箱更友好

4、齒輪箱和發(fā)電機(jī)易拆卸集成式設(shè)計，結(jié)構(gòu)緊湊，可靠性高，平均成本低

5、同步雙驅(qū)電動變槳技術(shù)，優(yōu)化葉根載荷集中輸出，變槳軸承受力更友好

6、直升機(jī)平臺配置，降低海洋環(huán)境對維護(hù)的影響

7、變流器、變壓器同時上置，便于質(zhì)量控制，更易維護(hù)，減少碼頭作業(yè)時間和成本，便于風(fēng)場調(diào)試，真正實(shí)現(xiàn)一鍵啟機(jī)。

10MW機(jī)組采用前沿載荷設(shè)計、先進(jìn)降載控制策略、發(fā)電系統(tǒng)、穩(wěn)定智能電控系統(tǒng)、集成化模塊化平臺化設(shè)計，設(shè)計出綜合性能更優(yōu)的國內(nèi)首款風(fēng)輪直徑大、功率大的增速型海上風(fēng)電機(jī)組。

1.風(fēng)電機(jī)組載荷仿真是綜合了流體-機(jī)械-電氣-控制-土建等多學(xué)科的復(fù)雜求解過程，對機(jī)組進(jìn)行風(fēng)輪、傳動鏈、塔筒、地基一體化建模，可以充分計算風(fēng)浪流的對機(jī)組各個部件產(chǎn)生的耦合效應(yīng)。

2.傳統(tǒng)的載荷仿真模型中，葉片模型一般采用整體建模求解，但是在葉片較長的情況下，葉片變形就會累加，導(dǎo)致仿真結(jié)果不準(zhǔn)確，海裝首次在H210-10MW機(jī)組上使用葉片分段建模技術(shù)，可以更為準(zhǔn)確的模擬葉片變形，求解更準(zhǔn)確的載荷。

3.在開發(fā)H210-10MW機(jī)組的過程中，共進(jìn)行了70多版載荷計算，每版有3000多種工況，計算量巨大，使用一體化仿真平臺使計算效率翻倍，極大的節(jié)約了時間成本。

獨(dú)立變槳。通過引入葉根載荷信號和方位角信號，通過坐標(biāo)系變換，終輸出單獨(dú)的變槳角度疊加量，實(shí)現(xiàn)載荷閉環(huán)控制，現(xiàn)有的1P-IPC策略，能夠有效削減葉根載荷1P分量，輪轂不平衡載荷。實(shí)現(xiàn)機(jī)組極限和疲勞降載。

基于轉(zhuǎn)速控制的快速變槳技術(shù)。ECD工況，風(fēng)速風(fēng)向在短時間內(nèi)發(fā)生很大變化，單純依靠變槳的PI調(diào)節(jié)，容易導(dǎo)致超速停機(jī)，而由于該工況存在較大的偏航誤差角，開環(huán)停機(jī)過程中，可能出現(xiàn)輪轂和偏航不平衡極限載荷。為實(shí)現(xiàn)對極限載荷的控制，開發(fā)基于轉(zhuǎn)速控制的快速變槳技術(shù)，抑制對陣風(fēng)工況下的超速停機(jī)情況。

機(jī)組軟停機(jī)控制技術(shù)。常規(guī)的停機(jī)策略屬于開環(huán)停機(jī)策略，即變槳角度按照預(yù)設(shè)速度進(jìn)行順槳，這種停機(jī)模式，在已經(jīng)存在較大不平衡載荷的條件下，如高風(fēng)速且大偏航誤差下停機(jī)、葉片卡死狀態(tài)下停機(jī)，開環(huán)停機(jī)將導(dǎo)致較大的輪轂極限載荷和塔頂極限載荷，其與其他工況的載荷相差超過30%。為解決特殊工況下的停機(jī)載荷，要求變槳動作盡可能緩慢，考慮單方面降低停機(jī)變槳速度，將增大超速風(fēng)險，結(jié)合變槳控制模塊的基本思路，開發(fā)完成閉環(huán)停機(jī)策略。

基于Ansoft仿真的中速永磁發(fā)電機(jī)設(shè)計：通過工程算法完成初始模型的設(shè)計，然后利用Ansoft軟件進(jìn)行不同工況不同性能參數(shù)的分析，重點(diǎn)針對電機(jī)不同運(yùn)行工況下，電機(jī)繞組結(jié)構(gòu)、齒槽配合、級聯(lián)方式以及磁極形狀尺寸等進(jìn)行仿真，經(jīng)過多次迭代仿真計算，實(shí)現(xiàn)定子繞組結(jié)構(gòu)和磁極結(jié)構(gòu)優(yōu)化配合，實(shí)現(xiàn)優(yōu)的電磁、結(jié)構(gòu)性能，實(shí)現(xiàn)極低的電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動。

低壓三電平變流器：在批量成熟三電平拓?fù)鋺?yīng)用的基礎(chǔ)上，開展了變流器有源阻尼技術(shù)研究，自適應(yīng)調(diào)整相應(yīng)的控制策略實(shí)現(xiàn)機(jī)組諧振抑制，實(shí)現(xiàn)機(jī)組的傳動鏈友好；采用機(jī)側(cè)/網(wǎng)側(cè)雙矢量控制技術(shù)，針對特定頻次的諧波實(shí)現(xiàn)“點(diǎn)對點(diǎn)”的諧波消除，對電網(wǎng)更友好。

主變壓器上置：在大幅，減少機(jī)組動力電纜成本的基礎(chǔ)上，即降低了電纜損耗提升發(fā)電量，又使車間的集中裝配更便于質(zhì)量控制，減少碼頭作業(yè)時間和成本，便于風(fēng)場調(diào)試，真正實(shí)現(xiàn)一鍵啟機(jī)。

減小軸承齒輪受力：首先從系統(tǒng)設(shè)計架構(gòu)上，采用雙驅(qū)動器，雙電機(jī)，雙變速箱的設(shè)計架構(gòu)，可將系統(tǒng)載荷分配大不同的軸承輪齒上，可有效減小單個輪齒的載荷。其次從控制策略上，保證雙驅(qū)變槳兩個驅(qū)動電機(jī)出力的一致性及響應(yīng)過程及時性和平滑性，可有效的減小系統(tǒng)在在啟動響應(yīng)及正常變槳過程中對軸承齒面造成了極限沖擊。

更強(qiáng)大的驅(qū)動推力：提高系統(tǒng)對長葉片風(fēng)機(jī)的適應(yīng)性，避免了加長葉片導(dǎo)致的載荷增加的影響以及零部件超出能力極限的問題，利用先進(jìn)的轉(zhuǎn)矩控制算法及變槳控制算法，提高風(fēng)機(jī)低風(fēng)速段風(fēng)能利用率及整機(jī)穩(wěn)定性，有效降低大風(fēng)切變、大湍流等對風(fēng)機(jī)的沖擊。

基于分布式IO的控制系統(tǒng)：設(shè)計了一種新的分布式控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，將集成式控制系統(tǒng)化整為零，IO采集站就近布置，在設(shè)備及采集傳感器較為集中的地方放置控制系統(tǒng)子單元，將控制和數(shù)據(jù)集中總線傳遞，使機(jī)組內(nèi)傳感器信號采集電纜較少，線纜走線容易，中途通過總線傳輸，減少信號干擾，提升了控制系統(tǒng)可靠性。

基于一體化的“控制系統(tǒng)開發(fā)平臺”：基于Matlab平臺開發(fā)功率速度控制器的核心代碼，它可以直接生成載荷評估用的DLL文件，也可以同步直接生成用于主控PLC硬件運(yùn)行的軟件程序，以此保證“仿真與實(shí)物的同源性”。

中國海裝10MW海上超大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組采用集成式傳動鏈，低速端柔性連接，高速端浮動性好，適應(yīng)對中偏差能力強(qiáng)，能有效隔絕發(fā)電機(jī)對齒輪箱的電腐蝕，并解決了扭矩波動問題，這些設(shè)計及技術(shù)攻關(guān)大大改善了齒輪箱及整個傳動鏈運(yùn)行工況，極大地提高了運(yùn)行可靠性。該傳動鏈具有超強(qiáng)的傳扭能力，是目前國內(nèi)乃至世界上傳遞扭矩大的中速傳動機(jī)組，在同等風(fēng)況條件下能創(chuàng)造更多的綠色能源。整個傳動鏈采用油潤滑，加上獨(dú)特的密封設(shè)計，給傳動鏈穩(wěn)定、良好地運(yùn)行提供了有力保障。

10MW機(jī)組采用模塊化設(shè)計，提供多種分體式吊裝及拆卸方案。艙內(nèi)起重機(jī)能力達(dá)2噸，可輕松應(yīng)對偏航、散熱、變頻器等模塊的維護(hù)維修，同時額外設(shè)計有發(fā)電機(jī)軸承塔上維護(hù)更換方案，變壓器運(yùn)維船維護(hù)方案。

10MW平臺具有超強(qiáng)的擴(kuò)展性，在適應(yīng)性修改的基礎(chǔ)上風(fēng)輪直徑可提升至270米，功率等級兼容6-15MW，基礎(chǔ)型式兼容固定式和漂浮式，實(shí)現(xiàn)我國灘涂、近海、深遠(yuǎn)海等各類風(fēng)區(qū)海域的全覆蓋。

二是走向深遠(yuǎn)海，中國海裝在機(jī)組大型化上開拓新技術(shù)、新機(jī)型的同時，在浮式風(fēng)電上也開展了大量工作，并對未來浮式風(fēng)電的發(fā)展方向進(jìn)行了一些思考。

浮式海上風(fēng)電—走向深遠(yuǎn)海：浮式風(fēng)電示范樣機(jī)取得階段性成果，計劃于2021年完成樣機(jī)示范應(yīng)用。此項目于2019年1月獲得工信部批復(fù)，項目投資4.6億元。在實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電功能的基礎(chǔ)上，可與海洋牧場、海上風(fēng)電制氫、海水淡化、能源島、智能微網(wǎng)等前沿技術(shù)融合應(yīng)用，是中國船舶集團(tuán)應(yīng)用產(chǎn)業(yè)“十四五”期間的戰(zhàn)略產(chǎn)品。

環(huán)境條件：瓊州海峽東口，徐聞羅斗沙海域，屬于全國流速高的海域；場址水深50-70m,場址中心距離岸線約15km；夏季臺風(fēng)高發(fā)，海底地形條件復(fù)雜。

總體方案：采用H152-6.2MW抗臺風(fēng)力發(fā)電機(jī)組+帶有下浮體的半潛型浮式風(fēng)電平臺+懸鏈線式系泊。

漂浮海上風(fēng)電發(fā)展趨勢：趨勢一：浮式機(jī)組定制化、趨勢二：浮式機(jī)組容量大型化、趨勢三：浮式基礎(chǔ)輕量化、趨勢四：新型低成本材料基礎(chǔ)形式、趨勢五：浮式風(fēng)電+。

趨勢一：浮式機(jī)組定制化，目前均采用固定式海上風(fēng)電機(jī)組優(yōu)化而來。技術(shù)趨勢：適用于傳統(tǒng)固定式基礎(chǔ)的機(jī)組對支撐結(jié)構(gòu)的振動響應(yīng)具有苛刻的要求，且不同類型的漂浮式基礎(chǔ)在平臺運(yùn)動特征、固有頻率范圍的差別迥異，需開發(fā)適用于特定漂浮式基礎(chǔ)的機(jī)組。

趨勢二：浮式機(jī)組容量大型化，這是度電成本與機(jī)組功率關(guān)系，這是歐洲海上風(fēng)電度電成本大幅下降。

趨勢三：浮式基礎(chǔ)輕量化，在原有基礎(chǔ)形式上繼續(xù)優(yōu)化結(jié)構(gòu)或者采用全新的形式。

趨勢四：新型低成本材料基礎(chǔ)形式，傳統(tǒng)漂浮式機(jī)組的結(jié)構(gòu)重心高、穩(wěn)性差，導(dǎo)致基礎(chǔ)主尺度和用鋼量難以降低。近年來，一些方案采用混凝土等高密度、低單價材料作為漂浮式基礎(chǔ)的主要建造或壓載材料，有效降低機(jī)組的重心，減少基礎(chǔ)的主尺度和建造費(fèi)用。

趨勢五：浮式風(fēng)電+，能源綜合利用，實(shí)現(xiàn)風(fēng)能、太陽能、潮汐能、波浪能、潮流能、溫差能等多能互補(bǔ)開發(fā)；深遠(yuǎn)海漁業(yè)養(yǎng)殖，為油氣平臺、海上固定設(shè)施等提供能源，海水淡化、海上制氫、孤島微電網(wǎng)、海底壓縮空氣儲能。謝謝大家！

（根據(jù)演講速記整理，未經(jīng)演講人審核）