2014北京國(guó)際風(fēng)能大會(huì)之“風(fēng)電機(jī)組總體設(shè)計(jì)”專場(chǎng)——荷蘭MECAL公司的Anton de Roest：200米液力海上風(fēng)電機(jī)組的概念設(shè)計(jì)

    這個(gè)設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)并不是一個(gè)技術(shù)上的目標(biāo)，而是一個(gè)成本上的目標(biāo)，我們需要去降低成本。投資風(fēng)機(jī)的方法只有一種，也就是我們必須一切都以能源的成本出發(fā)。當(dāng)然，其中會(huì)包括生產(chǎn)的成本，還有一些維護(hù)和運(yùn)營(yíng)的成本，這些都是良好設(shè)計(jì)必須要考慮到的一些問(wèn)題。當(dāng)然我們也需要選擇更高的可靠性，因?yàn)槲覀冃枰ゴ_保海上的風(fēng)機(jī)出現(xiàn)的誤差，或者是損耗會(huì)更少，因此，高的可靠性是非常重要的，我們需要去確保整個(gè)體系已經(jīng)證明了自己在市場(chǎng)上是能夠提供更多價(jià)值的。
    接下來(lái)我們要開(kāi)始做選擇了，有很多不同的模式是可以選擇的，還有驅(qū)動(dòng)也是有很多不同的選擇。我們要做這些選擇需要考慮到自己的情況，比如它不同的位置，當(dāng)然可以選擇單軸承的，也可以選擇雙軸承，還有直軀系和非直軀系，這些都是各種不同的選擇。其中大概需要考慮到的有20個(gè)概念左右，每一次要進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候都需要去放開(kāi)自己的觀念，需要考慮到每一個(gè)合理的可能性。我們還可以選擇一個(gè)數(shù)字，來(lái)決定自己的需求，然后才能得出來(lái)這樣一個(gè)表格，去衡量不同的因素，然后來(lái)平衡自己的一個(gè)選擇，這是比例升級(jí)之后所需要做的一件事情。也就是一開(kāi)始需要去進(jìn)行比例升級(jí)之后再去輸入各種數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行選擇。
    接下來(lái)關(guān)鍵的一個(gè)問(wèn)題就是怎樣去選擇一個(gè)比較合理的能源成本，在海上的風(fēng)機(jī)都是成本太高，它會(huì)受到不同的影響，比如支撐結(jié)構(gòu)，電力基礎(chǔ)設(shè)施，電力基礎(chǔ)設(shè)施基本上跟風(fēng)機(jī)是獨(dú)立的，然后物流和安裝可能會(huì)受到你的設(shè)計(jì)思路的影響，因?yàn)榇蠹倚枰タ紤]想要建筑一個(gè)什么樣的結(jié)構(gòu)，以及怎樣去安裝風(fēng)機(jī)，這些不同的因素都會(huì)收到各種各樣的影響。但是，其中最重要的一個(gè)也就是需要去估計(jì)它的運(yùn)行維護(hù)的成本。比如說(shuō)20或者30年的運(yùn)行當(dāng)中你需要話費(fèi)多少錢進(jìn)行維護(hù)。在設(shè)計(jì)的時(shí)候，這兩項(xiàng)費(fèi)用是必須要考慮進(jìn)去的，這也是投資當(dāng)中非常關(guān)鍵的一個(gè)部分，我們當(dāng)然也需要考慮到這個(gè)成本之下可以產(chǎn)出多少功率，以及多少的發(fā)電量。
    接下來(lái)看一下這種，這種機(jī)器是比較常見(jiàn)的一個(gè)結(jié)構(gòu)，這里面是直軀的發(fā)電機(jī)，我們之前探討了一下比例升級(jí)，還有概念升級(jí)基礎(chǔ)都會(huì)收到哪些影響？我們看這里的空氣間隙，它會(huì)受到半徑的影響，受到直徑的影響，同樣也會(huì)影響到內(nèi)艙當(dāng)中出現(xiàn)的彎折的問(wèn)題，所以我們需要有一個(gè)高效的發(fā)電機(jī)，如果用標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)電機(jī)，需要用一個(gè)效率高的發(fā)電機(jī)。接下來(lái)的第二個(gè)問(wèn)題就是它的齒輪箱很重，尤其在高速部分，它的齒輪箱是非常重的，而且這樣的齒輪箱想運(yùn)行起來(lái)是很困難的。然后，關(guān)于速度可以有一個(gè)中速的集成，集成起來(lái)會(huì)更加方便它的一個(gè)工作。我們還需要找到最關(guān)鍵的風(fēng)機(jī)載荷，我們的機(jī)限是6MW，接下來(lái)是模擬的一些其他的情況。如果你也做了這樣的比例升級(jí)，當(dāng)然這個(gè)是可以用電腦做，一般來(lái)說(shuō)還是手工的工作會(huì)比較大，你需要去計(jì)算，需要去思考。如果說(shuō)把這個(gè)載荷的升級(jí)考慮進(jìn)去，那么，能夠得出一個(gè)比較準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。
    這是我們最終達(dá)到的這樣一個(gè)概念，其中包括幾個(gè)不同的細(xì)節(jié)，我們都已經(jīng)考慮到了。比如說(shuō)它的平臺(tái)，還有怎樣達(dá)到風(fēng)機(jī)，還有拖拽等等問(wèn)題。我們之前談到主要的框架，是帶集成單主軸承的，我們還有中速傳動(dòng)鏈，采用了齒輪箱和發(fā)電機(jī)集成，還有電動(dòng)偏航系統(tǒng)，我們之前考慮過(guò)其他系統(tǒng)，最后還是覺(jué)得電動(dòng)系統(tǒng)比較好。所有這些電動(dòng)系統(tǒng)在塔架當(dāng)中的位置也是需要去考慮的。對(duì)于海上風(fēng)機(jī)來(lái)說(shuō)，重量越輕越好，如果在內(nèi)艙的重量增加一公斤，最后整個(gè)塔架的重量可能會(huì)增加7-8千克，也就是我們?nèi)绻麖膬?nèi)艙開(kāi)始就采用最好的技術(shù)減少它的重量，海上風(fēng)機(jī)的整個(gè)重量也會(huì)減少。這個(gè)塔的強(qiáng)度到底是一方面，但是它的其他的特性也很重要。這個(gè)轉(zhuǎn)子的速度是8.6，是很低的速度，當(dāng)然跟我們現(xiàn)在的速度相比還是很低的。但是，它所帶來(lái)的中心扭矩是跟正常情況差不多的。接下來(lái)這個(gè)是內(nèi)艙重量的分布和轉(zhuǎn)子重量的分布。葉片的重量我們現(xiàn)在還沒(méi)法分析，因?yàn)槿~片我們還沒(méi)有進(jìn)行設(shè)計(jì)，我們會(huì)考慮用五級(jí)距齒的材料，有人考慮碳纖維的葉片，因?yàn)樗梢詼p少重量，同時(shí)增加強(qiáng)度。
    接下來(lái)就是風(fēng)輪的重量大概350噸，機(jī)艙的重量大概是目前最重的一個(gè)部分，也是最重要的一個(gè)部分。大概是600噸的一個(gè)趨勢(shì)，我們目前設(shè)計(jì)是478噸。我們的設(shè)計(jì)是根據(jù)趨勢(shì)進(jìn)行的，風(fēng)輪的趨勢(shì)和設(shè)計(jì)已經(jīng)目前接近了，但是機(jī)艙的重量如果按升級(jí)趨勢(shì)來(lái)計(jì)算，就是根據(jù)市場(chǎng)上現(xiàn)在的趨勢(shì)來(lái)看，它得出的重量比我們目前設(shè)計(jì)的重量要高很多。同時(shí)，這個(gè)總重量也進(jìn)一步的從這個(gè)趨勢(shì)算出來(lái)的950噸減少到我們目前設(shè)計(jì)出來(lái)的819噸。
    接下來(lái)我們需要進(jìn)行一些計(jì)算和分析，我們做這個(gè)分析的時(shí)候主要考慮的是內(nèi)部的壓力，并不是考慮它的外部壓力。我們這個(gè)設(shè)計(jì)是緊湊的一個(gè)集成設(shè)計(jì)，但是還是有很多優(yōu)化的空間。但是，這些優(yōu)化一般都是出現(xiàn)在供應(yīng)商的零部件上。我們之后也會(huì)進(jìn)行更多的研究，去改進(jìn)它的幾何結(jié)構(gòu)，以便減輕重量。我們?cè)跈C(jī)艙內(nèi)盡可能的減少了它的裝置，這樣就空出了很多的空間，這樣人就可以在機(jī)艙當(dāng)中工作。對(duì)這樣的機(jī)器來(lái)說(shuō)，其實(shí)很多事情都需要大家去共同解決，不是一個(gè)人能夠解決的，我們之后也會(huì)盡量的去減少頂部重量，然后節(jié)約它支撐的成本，減輕塔桶的重量，之后也會(huì)通過(guò)改進(jìn)組裝的方式來(lái)增加陸上預(yù)組結(jié)構(gòu)的數(shù)量。我們也進(jìn)行了很多的測(cè)試，就是說(shuō)需要保證所有的部分組裝起來(lái)之后，從頭到尾都可以正常的工作，也需要確保這些部分是可以組裝到一起的，可以避免失誤。
    接下來(lái)最重要的就是去看這些活動(dòng)的部分，所有的活動(dòng)部分軸承我們希望他們能夠在整個(gè)生命周期當(dāng)中都可以正常的使用。這個(gè)還是很容易理解的。這樣大小的齒輪它的機(jī)艙大概是8.5米寬，還有它的偏航系統(tǒng)大概是6米寬，這邊是主軸承，這樣的一些零件是需要我們非常小心的去選擇的，要確保他們的載荷是符合當(dāng)?shù)氐那闆r的。這些因素我們都通過(guò)測(cè)試來(lái)檢查過(guò)，還有重量的問(wèn)題，這邊是轉(zhuǎn)子的重量，軸承的重量，變槳的速度大概是20噸左右，轉(zhuǎn)子是52.5噸左右，接下來(lái)大家也能看到，僅僅是一個(gè)主軸承就已經(jīng)需要比較特殊的運(yùn)輸方式了。我們現(xiàn)在主要做的是從現(xiàn)有的海上汲取有效的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，我們也在進(jìn)行很多的平行研發(fā)，這些平行研發(fā)以后可以讓我們能有集成的解決方案，或者是新的基礎(chǔ)。下一步我們會(huì)在現(xiàn)在的基礎(chǔ)之上進(jìn)入到下一個(gè)階段的研發(fā)，確保我們能夠設(shè)計(jì)出來(lái)市場(chǎng)所需要的這種緊湊的海上的風(fēng)機(jī)。
    我們現(xiàn)在也在努力的優(yōu)化它的結(jié)構(gòu)零部件的循環(huán)，并且在調(diào)研塔架結(jié)構(gòu)的備選方案，希望能夠配合頂部重量的減輕，我們之后也會(huì)優(yōu)化它的載荷設(shè)置，改變不同的控制算法，能夠讓這些算法更為智能，確保大家能夠預(yù)期到載荷，預(yù)期到這個(gè)機(jī)器上可能出現(xiàn)的一些變化，接下來(lái)我們也會(huì)去研究一下海上風(fēng)機(jī)的潛在供應(yīng)鏈，確保我們能夠在未來(lái)的供應(yīng)商當(dāng)中也是處于領(lǐng)先地位的。在此基礎(chǔ)之上，我們也會(huì)確保大家都能夠得到需要的信息，能夠?qū)W會(huì)怎樣去應(yīng)用這些風(fēng)機(jī)，作為供應(yīng)商一個(gè)責(zé)任就是去保證自己的產(chǎn)品的質(zhì)量，第二也是要讓客戶加入到這個(gè)設(shè)計(jì)的過(guò)程當(dāng)中來(lái)，謝謝大家！