在上期，小編為大家介紹了新疆金風科技股份有限公司（下稱“金風科技”）推出的“GW6.X-171機型+單樁基礎(chǔ)一體化設(shè)計解決方案”如何實現(xiàn)了更低的投資成本。事實上，采用該方案還可使項目獲得更多的發(fā)電量。本期我們將從這一角度入手，剖析它的發(fā)電優(yōu)勢。
雖然江蘇及其以北地區(qū)的海上平均風速較低，但由于臺風較少，仍不失為我國發(fā)展海上風電的關(guān)鍵性區(qū)域。既然風速不高，進行風電開發(fā)就更需要在努力降低開發(fā)成本的基礎(chǔ)上，通過先進和高效的風電機組提高海上“低風速”發(fā)電收益。
金風科技推出的“6.X-171機型+單樁基礎(chǔ)一體化設(shè)計解決方案”，就是一套專門針對江蘇及其以北地區(qū)的區(qū)域性海上風電開發(fā)解決方案。它幫助業(yè)主在實現(xiàn)低基礎(chǔ)造價、低吊裝成本、低征地費用、低海纜成本、低運維成本的同時，結(jié)合風電機組的大葉輪與大容量，實現(xiàn)該區(qū)域海上風電的高收益。
大葉輪+大容量=大發(fā)電量？
“6.X-171機型+單樁基礎(chǔ)一體化設(shè)計解決方案”能夠?qū)崿F(xiàn)更高發(fā)電收益的關(guān)鍵性因素，是其采用了金風科技6.X-171機型。而該機型的成功開發(fā)，是金風科技在分析了當前海上風電發(fā)展趨勢與區(qū)域性需求的基礎(chǔ)上，審時度勢，依靠多年技術(shù)積累與科研能力，厚積薄發(fā)，推出的新一代海上風電機組產(chǎn)品。
該產(chǎn)品開發(fā)的輸入性因素包括兩個方面：
一是集約化用海要求。近些年來，我國用海不斷趨于緊張，并且隨著海上風電場“10萬千瓦容量不超過16平方公里”政策的出臺，對海上風電用海集約化要求更為嚴格。這促使海上風電機組必須具有更大的單機容量以減少風電項目的整體用海面積。
二是區(qū)域性特征。江蘇及其以北海域受季風影響，夏季盛行偏南風，冬季盛行偏北風，風向年際變化明顯，風向全年分布較為分散。且江蘇以北海域?qū)儆贗II類風區(qū)以下地區(qū)，90米高度的年平均風速基本在每秒7.5米以下，山東半島及渤海灣近海海域年平均風速更低，只能達到每秒7米左右。這就需要風電機組具有更大的風輪直徑，提高低風速發(fā)電效率。
“受此影響，開發(fā)一款適用于上述區(qū)域，容量大、葉輪大的高可靠性海上風電機組，是中國海上風電開發(fā)工作的迫切需求。”一位海上風電專家向筆者坦言。
金風科技的6.X-171機型正是基于這樣的背景條件，專為江蘇及其以北地區(qū)海上風電研發(fā)設(shè)計而成。除該機型的大容量特點有助于降低風電開發(fā)成本外，另一個顯著特點是，大葉輪結(jié)合大容量能使其具備更強的發(fā)電能力。
各類海上機型單位千瓦掃風面積對比
據(jù)測算，金風科技6.X-171機型的單位千瓦掃風面積相比市場4兆瓦和4.5兆瓦機型分別高出約15.4%和4.4%，能夠更有效地利用風速較低的風能。
更值得關(guān)注的是，由于該機型單機容量大，機位點數(shù)少，尾流損失相比4兆瓦級機組降低2百分點到4.5個百分點。
“這不僅明顯提升了發(fā)電量，還降低了湍流，進而減少機組疲勞載荷與機組故障率。”金風科技一位海上產(chǎn)品工程師如是說。
適應性設(shè)計間接提高機組產(chǎn)能
大單位千瓦掃風面積與大單機容量設(shè)計，是“6.X-171機型+單樁基礎(chǔ)一體化設(shè)計解決方案”在江蘇及其以北地區(qū)，為業(yè)主實現(xiàn)風電場收益最大化的重要保證，但這絕非是唯一保障。
這是因為，金風科技6.X-171機型更著重于在技術(shù)解決方案上的全面提升。
金風科技通過提高該機型對海上工況的適應性與整場發(fā)電最優(yōu)化設(shè)計與控制能力，使其如同“一只沒有短板的木桶”，極致了全場能量可利用率水平，提高風電場整體發(fā)電能力。
GW6.X-171機型的適應性設(shè)計體現(xiàn)在很多方面，首先其沿用了直驅(qū)技術(shù)路線，具有更高的可靠性與適應性。
目前國際上不少領(lǐng)先的整機制造商，在發(fā)展海上風電機組時都摒棄了齒輪箱。這是由于風電機組單機容量的增大，意味著傳動系統(tǒng)傳遞的扭矩載荷增加，齒輪箱齒輪與軸承所需承受的載荷相應增加。再加上海上風電機組所面臨的環(huán)境相對惡劣，運維成本更高，齒輪箱的壽命與可靠性便成了一個重點關(guān)注的問題。
“直驅(qū)機組的葉輪與發(fā)電機轉(zhuǎn)子是直接耦合的，因此傳動系中只有低速轉(zhuǎn)動的軸承，且軸承尺寸設(shè)計較大，設(shè)計壽命可達百萬小時水平。同時直驅(qū)機組的扭矩載荷也不作用在發(fā)電機軸承上，因此其更適合用在海上大容量機組中。”一位風電傳動專家介紹。
并且，直驅(qū)機組沒有齒輪箱，也就無須擔心發(fā)電機與齒輪箱的對中問題，且避免了高速剎車的過熱問題。并且因為去掉了齒輪箱、聯(lián)軸器等一系列部件，機械傳動鏈變短，傳動效率自然得到了提升。
GW6.X-171機型的適應性，也體現(xiàn)在密封與散熱系統(tǒng)的設(shè)計上。
工作在潮濕環(huán)境下的機組所面臨的是高溫、高濕、鹽霧及腐蝕氣體的侵蝕。為防止這些環(huán)境因素加快機組結(jié)構(gòu)件腐蝕速率，導致運行壽命不能達到設(shè)計要求，金風科技對GW6.X-171機型密封散熱和環(huán)境控制系統(tǒng)進行了嚴格設(shè)計與測試，以保證產(chǎn)品在海上運行中的可靠性。
據(jù)悉，GW6.X-171機型實現(xiàn)了機艙的全密封，包括機艙罩片體間、發(fā)電機與機艙罩間、定轉(zhuǎn)子間均做到了可靠密封，同時對鹽霧過濾和除濕設(shè)備進行了適配。
尤為重要的是，對于GW6.X-171發(fā)電機的冷卻，金風科技使用了內(nèi)循環(huán)風冷系統(tǒng)。艙外冷空氣和艙內(nèi)熱空氣分別流經(jīng)熱交換器，但無直接接觸，防止了鹽霧對機組的侵蝕。
“這使發(fā)電機防護等級達到IP54。”金風科技一位海上產(chǎn)品工程師介紹說，“適應性設(shè)計讓該機型能夠‘踏踏實實’地提供穩(wěn)定的電力。”
對全場能量可利用率的更高追求
除了與生俱來的直驅(qū)技術(shù)路線和高等級的密封與散熱設(shè)計外，“6.X-171機型+單樁基礎(chǔ)一體化設(shè)計解決方案”的全場能量可利用率獲得有效提升的途徑，還源自于GW6.X-171機型的容錯設(shè)計上。
“為提升海上風電機組的可靠性，該機型采用了先進的容錯設(shè)計。這使機組即便有部分電氣系統(tǒng)異常，仍可繼續(xù)運行幾周。等到天氣條件適合出海再進行檢修，最大程度地減少海上風電機組發(fā)電量損失。”金風科技一位海上產(chǎn)品工程師介紹到。
那么，這具體應通過什么技術(shù)來實現(xiàn)的呢？
金風科技6.X-171機型與該公司已經(jīng)小批量裝機的GW3.0（S）平臺機型有一個共同的產(chǎn)品優(yōu)勢——電氣系統(tǒng)的多線設(shè)計。有所不同的是，GW3.0（S）平臺所采用的是雙線設(shè)計，而金風科技6.X-171機型則達到了4線設(shè)計。
也就是說，該機型遇到任意1到3組變頻器或發(fā)電機線圈故障時無須停機，剩余電氣線程支路仍可繼續(xù)運行。這使GW6.X-171機型因電氣系統(tǒng)完全失效而停機的概率實現(xiàn)了4次方的指數(shù)級降低。因此，以金風科技的產(chǎn)品可靠性水平結(jié)合該技術(shù)，GW6.X-171機型的電氣系統(tǒng)在實際運行中完全失效的可能性已極低。這極大保證了機組的穩(wěn)定運行，提高了發(fā)1電能力，降低了運維成本。
例如，假定一個變頻器模塊出現(xiàn)故障，在GW6.X-171機組出力沒有達到額定功率的四分之三時，發(fā)電量沒有任何損失。當機組出力超過額定功率的四分之三時，可以結(jié)合金風科技特有的柔性功率控制技術(shù)減少或完全彌補發(fā)電量的損失。
“金風科技在6.X-171機型上所應用的柔性功率控制技術(shù)，不僅可使該機型實現(xiàn)6.0兆瓦至6.45兆瓦間的單機容量適時調(diào)節(jié)，更重要的是能夠使單機通過與風電場集群控制結(jié)合，發(fā)揮風電機組群體優(yōu)勢。在部分機組出現(xiàn)降容需求和發(fā)生故障時，場群內(nèi)的其他機組發(fā)揮自身優(yōu)勢，彌補整場可能產(chǎn)生的發(fā)電量損失，實現(xiàn)整場柔性功率調(diào)節(jié)。”上述產(chǎn)品工程師談到。
例如，在一個總?cè)萘繛?0萬千瓦的風電場中采用了31臺GW171/6.45機型，若是在額定風速情況下，1臺機組因故停機，采用柔性功率調(diào)節(jié)后，這臺機組的出力可以被分配到其他機組，實現(xiàn)整場無電量損失。
在這個案例中，如果機組沒有采用柔性功率控制技術(shù)，假設(shè)因大風持續(xù)5天，運維人員才能到達故障機位進行檢修，那么在此期間損失電量可達77.4萬千瓦時，折合人民幣65.79萬元。
除上述兩點外，設(shè)計人員還為金風科技6.X-171機型更有效地利用復雜程度高的風資源，安裝了智能化風機控制系統(tǒng)這一“人工大腦”。它通過測量傳感系統(tǒng)、系統(tǒng)在線辨識及壽命預估技術(shù)、機器學習預測控制技術(shù)、自適應扇區(qū)管理技術(shù)等，使機組既能充分發(fā)揮自己的“個性”，又能融入集體的“共性”，基于各自機位點的風資源與載荷等情況，進行自適應式的控制，最大限度的發(fā)揮出機組本身與全場的出力。
這些技術(shù)的價值，被實實在在地體現(xiàn)在發(fā)電量上。正如上述產(chǎn)品工程師所言：“金風科技開發(fā)的智能控制系統(tǒng)，可以使風電場整體發(fā)電量比未安裝使用優(yōu)化算法模塊的風電場平均多1%~2%。”
事實上，金風科技“6.X-171機型+單樁基礎(chǔ)一體化設(shè)計解決方案”不僅能夠憑借單樁基礎(chǔ)與6.X-171機型的大容量優(yōu)勢，來共同降低海上風電場全生命周期投資成本。更可以通過大風輪與大容量優(yōu)勢，結(jié)合有效的技術(shù)方案，使其全場能量可利用率更高，實現(xiàn)業(yè)主在江蘇及其以北地區(qū)發(fā)電收益的最大化。
在某種程度上來看，正是由于GW6.X-171機型與單樁基礎(chǔ)組成了配置合理、配合默契的好搭檔，才更有力推動我國海上風電度電成本的進一步降低以及海上風電行業(yè)的加速發(fā)展。
