在上期，小編為大家介紹了新疆金風(fēng)科技股份有限公司（下稱(chēng)“金風(fēng)科技”）推出的“GW6.X-171機(jī)型+單樁基礎(chǔ)一體化設(shè)計(jì)解決方案”如何實(shí)現(xiàn)了更低的投資成本。事實(shí)上，采用該方案還可使項(xiàng)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(shì)。
雖然江蘇及其以北地區(qū)的海上平均風(fēng)速較低，但由于臺(tái)風(fēng)較少，仍不失為我國(guó)發(fā)展海上風(fēng)電的關(guān)鍵性區(qū)域。既然風(fēng)速不高，進(jìn)行風(fēng)電開(kāi)發(fā)就更需要在努力降低開(kāi)發(fā)成本的基礎(chǔ)上，通過(guò)先進(jìn)和高效的風(fēng)電機(jī)組提高海上“低風(fēng)速”發(fā)電收益。
金風(fēng)科技推出的“6.X-171機(jī)型+單樁基礎(chǔ)一體化設(shè)計(jì)解決方案”，就是一套專(zhuān)門(mén)針對(duì)江蘇及其以北地區(qū)的區(qū)域性海上風(fēng)電開(kāi)發(fā)解決方案。它幫助業(yè)主在實(shí)現(xiàn)低基礎(chǔ)造價(jià)、低吊裝成本、低征地費(fèi)用、低海纜成本、低運(yùn)維成本的同時(shí)，結(jié)合風(fēng)電機(jī)組的大葉輪與大容量，實(shí)現(xiàn)該區(qū)域海上風(fēng)電的高收益。
大葉輪+大容量=大發(fā)電量？
“6.X-171機(jī)型+單樁基礎(chǔ)一體化設(shè)計(jì)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(fēng)科技6.X-171機(jī)型。而該機(jī)型的成功開(kāi)發(fā)，是金風(fēng)科技在分析了當(dāng)前海上風(fēng)電發(fā)展趨勢(shì)與區(qū)域性需求的基礎(chǔ)上，審時(shí)度勢(shì)，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(fēng)電機(jī)組產(chǎn)品。
該產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的輸入性因素包括兩個(gè)方面：
一是集約化用海要求。近些年來(lái)，我國(guó)用海不斷趨于緊張，并且隨著海上風(fēng)電場(chǎng)“10萬(wàn)千瓦容量不超過(guò)16平方公里”政策的出臺(tái)，對(duì)海上風(fēng)電用海集約化要求更為嚴(yán)格。這促使海上風(fēng)電機(jī)組必須具有更大的單機(jī)容量以減少風(fēng)電項(xiàng)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(fēng)影響，夏季盛行偏南風(fēng)，冬季盛行偏北風(fēng)，風(fēng)向年際變化明顯，風(fēng)向全年分布較為分散。且江蘇以北海域?qū)儆贗II類(lèi)風(fēng)區(qū)以下地區(qū)，90米高度的年平均風(fēng)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(fēng)速更低，只能達(dá)到每秒7米左右。這就需要風(fēng)電機(jī)組具有更大的風(fēng)輪直徑，提高低風(fēng)速發(fā)電效率。
“受此影響，開(kāi)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(fēng)電機(jī)組，是中國(guó)海上風(fēng)電開(kāi)發(fā)工作的迫切需求。”一位海上風(fēng)電專(zhuān)家向筆者坦言。
金風(fēng)科技的6.X-171機(jī)型正是基于這樣的背景條件，專(zhuān)為江蘇及其以北地區(qū)海上風(fēng)電研發(fā)設(shè)計(jì)而成。除該機(jī)型的大容量特點(diǎn)有助于降低風(fēng)電開(kāi)發(fā)成本外，另一個(gè)顯著特點(diǎn)是，大葉輪結(jié)合大容量能使其具備更強(qiáng)的發(fā)電能力。
各類(lèi)海上機(jī)型單位千瓦掃風(fēng)面積對(duì)比
據(jù)測(cè)算，金風(fēng)科技6.X-171機(jī)型的單位千瓦掃風(fēng)面積相比市場(chǎng)4兆瓦和4.5兆瓦機(jī)型分別高出約15.4%和4.4%，能夠更有效地利用風(fēng)速較低的風(fēng)能。
更值得關(guān)注的是，由于該機(jī)型單機(jī)容量大，機(jī)位點(diǎn)數(shù)少，尾流損失相比4兆瓦級(jí)機(jī)組降低2百分點(diǎn)到4.5個(gè)百分點(diǎn)。
“這不僅明顯提升了發(fā)電量，還降低了湍流，進(jìn)而減少機(jī)組疲勞載荷與機(jī)組故障率。”金風(fēng)科技一位海上產(chǎn)品工程師如是說(shuō)。
適應(yīng)性設(shè)計(jì)間接提高機(jī)組產(chǎn)能
大單位千瓦掃風(fēng)面積與大單機(jī)容量設(shè)計(jì)，是“6.X-171機(jī)型+單樁基礎(chǔ)一體化設(shè)計(jì)解決方案”在江蘇及其以北地區(qū)，為業(yè)主實(shí)現(xiàn)風(fēng)電場(chǎng)收益最大化的重要保證，但這絕非是唯一保障。
這是因?yàn)椋痫L(fēng)科技6.X-171機(jī)型更著重于在技術(shù)解決方案上的全面提升。
金風(fēng)科技通過(guò)提高該機(jī)型對(duì)海上工況的適應(yīng)性與整場(chǎng)發(fā)電最優(yōu)化設(shè)計(jì)與控制能力，使其如同“一只沒(méi)有短板的木桶”，極致了全場(chǎng)能量可利用率水平，提高風(fēng)電場(chǎng)整體發(fā)電能力。
GW6.X-171機(jī)型的適應(yīng)性設(shè)計(jì)體現(xiàn)在很多方面，首先其沿用了直驅(qū)技術(shù)路線(xiàn)，具有更高的可靠性與適應(yīng)性。
目前國(guó)際上不少領(lǐng)先的整機(jī)制造商，在發(fā)展海上風(fēng)電機(jī)組時(shí)都摒棄了齒輪箱。這是由于風(fēng)電機(jī)組單機(jī)容量的增大，意味著傳動(dòng)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(yīng)增加。再加上海上風(fēng)電機(jī)組所面臨的環(huán)境相對(duì)惡劣，運(yùn)維成本更高，齒輪箱的壽命與可靠性便成了一個(gè)重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題。
“直驅(qū)機(jī)組的葉輪與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子是直接耦合的，因此傳動(dòng)系中只有低速轉(zhuǎn)動(dòng)的軸承，且軸承尺寸設(shè)計(jì)較大，設(shè)計(jì)壽命可達(dá)百萬(wàn)小時(shí)水平。同時(shí)直驅(qū)機(jī)組的扭矩載荷也不作用在發(fā)電機(jī)軸承上，因此其更適合用在海上大容量機(jī)組中。”一位風(fēng)電傳動(dòng)專(zhuān)家介紹。
并且，直驅(qū)機(jī)組沒(méi)有齒輪箱，也就無(wú)須擔(dān)心發(fā)電機(jī)與齒輪箱的對(duì)中問(wèn)題，且避免了高速剎車(chē)的過(guò)熱問(wèn)題。并且因?yàn)槿サ袅她X輪箱、聯(lián)軸器等一系列部件，機(jī)械傳動(dòng)鏈變短，傳動(dòng)效率自然得到了提升。
GW6.X-171機(jī)型的適應(yīng)性，也體現(xiàn)在密封與散熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上。
工作在潮濕環(huán)境下的機(jī)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(jī)組結(jié)構(gòu)件腐蝕速率，導(dǎo)致運(yùn)行壽命不能達(dá)到設(shè)計(jì)要求，金風(fēng)科技對(duì)GW6.X-171機(jī)型密封散熱和環(huán)境控制系統(tǒng)進(jìn)行了嚴(yán)格設(shè)計(jì)與測(cè)試，以保證產(chǎn)品在海上運(yùn)行中的可靠性。
據(jù)悉，GW6.X-171機(jī)型實(shí)現(xiàn)了機(jī)艙的全密封，包括機(jī)艙罩片體間、發(fā)電機(jī)與機(jī)艙罩間、定轉(zhuǎn)子間均做到了可靠密封，同時(shí)對(duì)鹽霧過(guò)濾和除濕設(shè)備進(jìn)行了適配。
尤為重要的是，對(duì)于GW6.X-171發(fā)電機(jī)的冷卻，金風(fēng)科技使用了內(nèi)循環(huán)風(fēng)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(wú)直接接觸，防止了鹽霧對(duì)機(jī)組的侵蝕。
“這使發(fā)電機(jī)防護(hù)等級(jí)達(dá)到IP54。”金風(fēng)科技一位海上產(chǎn)品工程師介紹說(shuō)，“適應(yīng)性設(shè)計(jì)讓該機(jī)型能夠‘踏踏實(shí)實(shí)’地提供穩(wěn)定的電力。”
對(duì)全場(chǎng)能量可利用率的更高追求
除了與生俱來(lái)的直驅(qū)技術(shù)路線(xiàn)和高等級(jí)的密封與散熱設(shè)計(jì)外，“6.X-171機(jī)型+單樁基礎(chǔ)一體化設(shè)計(jì)解決方案”的全場(chǎng)能量可利用率獲得有效提升的途徑，還源自于GW6.X-171機(jī)型的容錯(cuò)設(shè)計(jì)上。
“為提升海上風(fēng)電機(jī)組的可靠性，該機(jī)型采用了先進(jìn)的容錯(cuò)設(shè)計(jì)。這使機(jī)組即便有部分電氣系統(tǒng)異常，仍可繼續(xù)運(yùn)行幾周。等到天氣條件適合出海再進(jìn)行檢修，最大程度地減少海上風(fēng)電機(jī)組發(fā)電量損失。”金風(fēng)科技一位海上產(chǎn)品工程師介紹到。
那么，這具體應(yīng)通過(guò)什么技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的呢？
金風(fēng)科技6.X-171機(jī)型與該公司已經(jīng)小批量裝機(jī)的GW3.0（S）平臺(tái)機(jī)型有一個(gè)共同的產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)——電氣系統(tǒng)的多線(xiàn)設(shè)計(jì)。有所不同的是，GW3.0（S）平臺(tái)所采用的是雙線(xiàn)設(shè)計(jì)，而金風(fēng)科技6.X-171機(jī)型則達(dá)到了4線(xiàn)設(shè)計(jì)。
也就是說(shuō)，該機(jī)型遇到任意1到3組變頻器或發(fā)電機(jī)線(xiàn)圈故障時(shí)無(wú)須停機(jī)，剩余電氣線(xiàn)程支路仍可繼續(xù)運(yùn)行。這使GW6.X-171機(jī)型因電氣系統(tǒng)完全失效而停機(jī)的概率實(shí)現(xiàn)了4次方的指數(shù)級(jí)降低。因此，以金風(fēng)科技的產(chǎn)品可靠性水平結(jié)合該技術(shù)，GW6.X-171機(jī)型的電氣系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行中完全失效的可能性已極低。這極大保證了機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行，提高了發(fā)1電能力，降低了運(yùn)維成本。
例如，假定一個(gè)變頻器模塊出現(xiàn)故障，在GW6.X-171機(jī)組出力沒(méi)有達(dá)到額定功率的四分之三時(shí)，發(fā)電量沒(méi)有任何損失。當(dāng)機(jī)組出力超過(guò)額定功率的四分之三時(shí)，可以結(jié)合金風(fēng)科技特有的柔性功率控制技術(shù)減少或完全彌補(bǔ)發(fā)電量的損失。
“金風(fēng)科技在6.X-171機(jī)型上所應(yīng)用的柔性功率控制技術(shù)，不僅可使該機(jī)型實(shí)現(xiàn)6.0兆瓦至6.45兆瓦間的單機(jī)容量適時(shí)調(diào)節(jié)，更重要的是能夠使單機(jī)通過(guò)與風(fēng)電場(chǎng)集群控制結(jié)合，發(fā)揮風(fēng)電機(jī)組群體優(yōu)勢(shì)。在部分機(jī)組出現(xiàn)降容需求和發(fā)生故障時(shí)，場(chǎng)群內(nèi)的其他機(jī)組發(fā)揮自身優(yōu)勢(shì)，彌補(bǔ)整場(chǎng)可能產(chǎn)生的發(fā)電量損失，實(shí)現(xiàn)整場(chǎng)柔性功率調(diào)節(jié)。”上述產(chǎn)品工程師談到。
例如，在一個(gè)總?cè)萘繛?0萬(wàn)千瓦的風(fēng)電場(chǎng)中采用了31臺(tái)GW171/6.45機(jī)型，若是在額定風(fēng)速情況下，1臺(tái)機(jī)組因故停機(jī)，采用柔性功率調(diào)節(jié)后，這臺(tái)機(jī)組的出力可以被分配到其他機(jī)組，實(shí)現(xiàn)整場(chǎng)無(wú)電量損失。
在這個(gè)案例中，如果機(jī)組沒(méi)有采用柔性功率控制技術(shù)，假設(shè)因大風(fēng)持續(xù)5天，運(yùn)維人員才能到達(dá)故障機(jī)位進(jìn)行檢修，那么在此期間損失電量可達(dá)77.4萬(wàn)千瓦時(shí)，折合人民幣65.79萬(wàn)元。
除上述兩點(diǎn)外，設(shè)計(jì)人員還為金風(fēng)科技6.X-171機(jī)型更有效地利用復(fù)雜程度高的風(fēng)資源，安裝了智能化風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)這一“人工大腦”。它通過(guò)測(cè)量傳感系統(tǒng)、系統(tǒng)在線(xiàn)辨識(shí)及壽命預(yù)估技術(shù)、機(jī)器學(xué)習(xí)預(yù)測(cè)控制技術(shù)、自適應(yīng)扇區(qū)管理技術(shù)等，使機(jī)組既能充分發(fā)揮自己的“個(gè)性”，又能融入集體的“共性”，基于各自機(jī)位點(diǎn)的風(fēng)資源與載荷等情況，進(jìn)行自適應(yīng)式的控制，最大限度的發(fā)揮出機(jī)組本身與全場(chǎng)的出力。
這些技術(shù)的價(jià)值，被實(shí)實(shí)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(fēng)科技開(kāi)發(fā)的智能控制系統(tǒng)，可以使風(fēng)電場(chǎng)整體發(fā)電量比未安裝使用優(yōu)化算法模塊的風(fēng)電場(chǎng)平均多1%~2%。”
事實(shí)上，金風(fēng)科技“6.X-171機(jī)型+單樁基礎(chǔ)一體化設(shè)計(jì)解決方案”不僅能夠憑借單樁基礎(chǔ)與6.X-171機(jī)型的大容量?jī)?yōu)勢(shì)，來(lái)共同降低海上風(fēng)電場(chǎng)全生命周期投資成本。更可以通過(guò)大風(fēng)輪與大容量?jī)?yōu)勢(shì)，結(jié)合有效的技術(shù)方案，使其全場(chǎng)能量可利用率更高，實(shí)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(lái)看，正是由于GW6.X-171機(jī)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(dòng)我國(guó)海上風(fēng)電度電成本的進(jìn)一步降低以及海上風(fēng)電行業(yè)的加速發(fā)展。
