中压风力发电机组介绍 邓 琛/电气设计主任

大家好，我的题目是海上风力发电机组介绍，首先是海上风力发电机组现状，由于陆地资源的限制，风电开发正从陆上转向海上发展，海上风电开发已成为世界风电开发的热点和趋势。而在开发过程中，是否拥有高可靠性、性能优异，更加可靠的关键机组是关键问题之一。
中国海上风电发展具备海上风能资源十分丰富，中国中东部沿海地区经济发达，能源需求大；电网结构强，风电接网条件好等优势。
从我们湘电从2009年就开发海上风电机组的开发，通过我们实际的经验发现海上风电装机的优势和劣势主要是从下面几个方面去考虑，优势是风资源较好；场地较大、适合大型风场；视觉噪音影响小，易于被公众接受；低湍流，风机使用寿命增长；可运输安装更大风机，单个风机发电量大；国家政府的支持力度更大。它的劣势主要是单位兆瓦成本高，是岸上的近一倍；建设和运行成本更高；浪载的影响、台风的威胁；进入方式复杂而有限；基础结构建设的风险；财务与保险更复杂；供大型海上风电场使用的电网有限。
所以综合以上考虑，4-6MW及以上功率等级的海上风电代表当前技术前沿，因为目前国内外的知名公司，像西门子、阿海珐都是推6MW以上的机。所以我们预计未来几年内，小功率市场在3.6MW以下的机组会失去竞争优势，5MW以上的将慢慢成为中国海上风力的主流机型。
其次我们介绍一下中压风力发电机组特点，中压与低压机组部件的不同，从发电机上没有太大区别，唯一的区别就是在主回路上面的不同，经过我们湘电从2009-2016年这几年的实验比较，真正不同的地方只有下面四个地方，一是发电机、二是主动力电缆，三是变流器，四是升压变压器。但是中压发电机，升压变压器的技术生产水平，价格与低压基本一致，主动力电缆，变流器技术生产能力，价格存在较大差别。
什么是主动力电缆，我们从长度、花费、安装、功率损耗这四个方面比较，长度我们只需要6根300平方电缆，但是低压690V需要30根300平方电缆，以单根100米为计算，中压电缆单台需要600米，低压需要3000米。从花费来说，中压小于低压电缆，从安装角度考虑，由于低压电缆方面，在低压方案在电缆悬垂及扭缆方面会存在困难，塔筒线夹，扭缆等设计复杂。
从变流器方面考虑，首先从价格，现在目前我们所运行的中压变流器基本都ABB或者GE公司的，国外进口的价格大概在400万左右，原来最早是500-600万，现在由于中国风力市场的发展他们已经降到400万，但是低压大概在180万左右，尺寸方面两者基本达成一致。维护方面因为中压变流器需要特殊培训，所以相对复杂。从稳定性、可靠性来讲，简单来说就是由于低压变流器部件数量多，在同等技术条件下，可靠性小于中压变流器。从效率上来说，经过我们对整个变流器低密度和中密度的测试，中压平均效益会高出0.5%-0.8%。从冷却系统，由于低压系统损耗多出0.5-0.8%的损耗，所以我们会比中压大30%左右。最后从供应链角度来说，中压属于进口产品，价格高，低压国内成熟。
最后做一个比较，从发电机、电缆、塔筒电缆的按设计、附加冷却系统、变流器做比较，发电机价格相同，电缆低压会多35W左右，塔筒设计在15W左右，附加冷却系统，以自然冷却方案为基准，价格有20万差别。变流器方面，中压比低压变流器成本高220万，所以总的一比较低压的方案会比中压方案有一个150万的差距。
最后从发电效率对比，从电缆损失上好，低压高0.8-1%，变流器损失0.5-0.8%，从整个效率来说，作为中压方案的比低压高1.3-1.8%的百分点，即65-90KW。
综上所述，需要开发一个最具精准的中压发电机组，我们需要有下面四个因素：低成本、高性能、高可靠性、高可利用率。但是从目前我们的技术领域来说，中压发电领域还没有达到低成本，最后我们希望往这个方向，所以后续关键因素就是说150万的差距需要我们随着中压变流器的价格降低来弥补。低压电缆安装，从低压方面来说将成为风机整机设计的技术难点，电缆并联后电流的均衡比较困难，对安装工艺和人员素质要求极高，同时效率方面的优势将会给客户带来更大的收益，中压对将来进一步提高功率等级提供了好的扩展基础。
下面介绍一下湘电5MW中压海上风电机组情况。这个是湘电今年已经建成的在福建开发的，我们湘电从2009年开始进行了5MW中压风电机组的研发，2011年6月23日，第一台5MW海上风力发电机组样机在欧洲荷兰风场完成吊装，同年9月23日并网运行。2012年3月15日第二台在中国福建完成，同年6月4日亿并网运行，2015年2月10日第三台完成吊装。
湘电产品的设计特色是可靠高效，直驱、永磁、中压、无齿轮箱带来结构简单、轻而紧凑的设计。主轴承/发电机的集成设计、轴系短、刚性，避免转机械常发生振动故障。
湘电目前主推的5MW中压海上发电机组，机型型号XE128-5000，功率等级5000kW。结构型式是直接驱动，无齿轮箱，发电机型式是多级永磁同步发电机，设计风区等级为IEC 1/IEC二型，风轮直径为128m，控制方式是变速变桨控制。
这个机组的特性是我们经过了这三台的样机已经风电场将近一年的经验之后所总结出来的，这些都是我们认为在以后是必不可少的，就是说所有的海上风电必须适应高湿、高热以及盐雾环境，建议大家把控制电流和产业发电机组能够具有自主协调功能，因为海上整个单机情况如果我们检测不到的话就相当于是不稳定的状态，假如没有备用电源切换，相当于我们根本就不知道各个风机的状况，你也不知道它是否能够正常收回来。设计生活集装箱，使我们平时在海上运维的时候，运维人员生活休息方便。机组具备自动消防功能，视频监控防盗功能，在线振动监测功能，除湿系统。具备中高压弧光检测功能，水冷系统采用自然冷却，减少自用电和噪声，大大提高发电量，发电机双绕组设计，主动力电缆的电流均衡，完善的抗台风控制策略，升压变压器为水风冷却型，有效防盐雾。
最后介绍一下企业展望，由于安装和维护成本过高，海上风力发电机组正向着超大功率、低成本以及高可靠性方向发展，因为只有达到了这种目标才能使中国的大功率风电制造技术提升一个平台。
同时海上风电发展会极大的对产业化和市场推广，主要就是说推动整个电力电子行业技术进步，主要是中压变流器在国内的发展，另外就是海上风电设计的时候要达到比低压或者其他方案更高，响应国家节能减排政策，最后会推动整个民族工业水平发展，使得整个民族工业海上风电机组至少能够跟国际保持一致。感谢各位领导的聆听。