首页 前沿技术 中国陆上风电机组挺进3兆瓦时代!大直径、高海拔,N多高科技!

中国陆上风电机组挺进3兆瓦时代!大直径、高海拔,N多高科技!

取之不尽,用之不竭的风电

特斯拉CEO马斯克(Elon Musk)2015年在参加巴黎气候峰会时表示,化石能源时代将被新能源时代代替,从化石能源转向可持续能源——如风能和太阳能——是不可避免的,这次转变将在20年内发生。

风力发电机工作原理:

风轮在风力的作用下旋转,它把风的动能转变为风轮轴的机械能,发电机在风轮轴的带动下旋转发电。依据目前的风力发电机技术,大约是每秒三公尺的微风速度(微风的程度),便可以开始发电。

风力发电正在世界上形成一股热潮,因为风力发电没有燃料问题,也不会产生辐射或空气污染,是没有公害的能源之一。而且它取之不尽,用之不竭。对于缺水、缺燃料和交通不便的沿海岛屿、草原牧区、山区和高原地带,因地制宜地利用风力发电,非常适合,大有可为。

大刀阔斧,中国的风能开发

我国风能资源丰富,可开发利用的风能储量约10亿kW,其中,陆地上风能储量约2.53亿kW(陆地上离地10m高度资料计算),海上可开发和利用的风能储量约7.5亿kW,共计10亿kW。

近年来,我国在大力推动风电发展,陆续出台多项文件为破解行业难题、提升发展质量做支撑。2017 年发布的《国家能源局关于可再生能源发展“十三五”规划实施的指导意见》,提出加强可再生能源目标引导和监测考核、创新发展方式促进技术进步和成本降低,多措并举扩大补贴资金来源等措施,并以附件的形式公布了各省2017-2020年的风电新增建设规模。

挑战与机遇并存

陆上风能开发受低风速、高切变、复杂地形、可使用土地面积受限等因素制约了区域性风电发展的掣肘,亟需技术突破。根据中国风能协会的数据,2016年,我国新增装机的风电机组平均功率1955千瓦,目前在我国风电累计装机中,1.5兆瓦的风电机组占主导地位。截至2016年,1.5兆瓦的风电机组占总装机容量的50.4%。

对于大容量风机,超大的塔架和风轮、运行高可靠性都应该是标配,同时需在以下三方面实现技术突破:

一 要具有环境适应性,能适应海拔3000米及以下的常/低温、平原/山区、沙尘/结冰等各类地理气候环境,满足电网规范要求的高/低电压故障穿越能力,可实现单机及组群一次调频等与智能电网相匹配的功能;

二 要采用平台化、模块化设计,可为陆上低风速地区提供多元化选择,不仅能有效降低投资成本,提高单位千瓦发电量,而且能有效降低维护工作量和维护成本,提升风场管理效率。

三 要体现在运行系统上,包括从先进降载及发电量提升控制技术到云端大数据分析组成的单机及风场运行、监控、远程诊断和预测的智慧系统。

里程碑:中国大陆上风电机组挺进3兆瓦时代

2018年6月26日,我国单机容量及大直径风轮、高海拔的3兆瓦级国产陆上风力发电机组–某中车公司风电机组在青海省某风电场成功吊装。这是至今为止,我国已安装的单机容量及大直径风轮、高海拔,且具有完全自主知识产权的新一代陆上3兆瓦级风电机组,是高温、高寒、高海拔场景技术的探索和突破,具备中低风速全适应性、低损耗、高可利用率、发电性能优异等特点。

该发电机组轮毂中心高达100m,叶轮半径达73m,单机容量达到3.6MW,同时根据国内西北地区与中、南部地区环境气候的巨大差异性,该设计平台前瞻性地使用防风沙、抗紫外线的全新设计来应对西北地区高海拔、风沙密集的恶劣环境,在荒漠、高海拔地区具备良好的适应性。同时考虑对接低风速市场,全机组采用自然通风的水冷设计,大幅提高机组冷却效率,消除了空冷噪音,降低了风电机组的运行噪声。该风力发电机组的成功吊装意味着我们已具备在西北、中东南部机位稀缺地区、低风速地区提供大功率的风电开发解决方案的能力。

国产防雷配件助力风力发电

风机的设计寿命一般为20年,其内部集成了大量电子、电气设备。尤其是如此大型风力发电机组,遭受雷击风险也随之增加,电子、电气设备的长期可靠性更是受到严重考验。为了保证风机持续稳定运行、避免设备遭受电涌脉冲的危害,减少维护等成本,采用优质的电涌保护产品(SPD),和对风机进行全面雷电防护是必不可少的。

SPD在风电机现场使用照片:

SPD在风电机组中的部分应用示意图:

#知识点#

浪涌(Surge),又称电涌,突波,是指瞬间超出稳定值的峰值,包括浪涌电压和浪涌电流。

供电系统的浪涌主要来自两方面的原因:

1. 外部(雷电原因)

2. 内部(电气设备造成的过电压,往往是毫秒级)

由于瞬时的电压和电流极大,极有可能对用电设备和电缆造成危害。

SPD是Surge Protective Device的缩写,中文名称为“电涌保护器”, 是一种限制瞬态过电压和泄放电涌电流,从而保护电气或电子设备的器件。SPD一般是与被保护的设备并联,当产生过压时,可以起到分流和限压的效果,防止过大的电流与电压对设备产生损害。

来源:辰竹仪表

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