2018年3月美國GE公司宣稱,將在英國再生能源研發中心 Natio
nal Renewable Energy Center NAREC的海上試驗場,測試目前世界上最大的海上風力發電機組,風機容量為12兆瓦,風機高107米(350英尺),風機葉片直徑219.4米(720英尺)。該公司聲稱,這臺名為Haliade-X的巨型機器將比目前其它任何海上風機產能高出45%。使用由LM風力發電公司設計和制造的107米葉片,一臺12MW的Haliade-X風機每年將產生高達67GWh的電力,此舉將對英國迅速發展的風力發電行業起到重大推動作用。這也是對國內風電行業的一個鞭策信息。
Haliade-X 12MW與著名建筑物比較
以下介紹IEA Wind Task 35(國際能源署風能研究課題35)“風力發電機及其部件的全尺寸地面試驗”的任務情況。
在過去的15年中,新型的風力發電機組平均名義功率增加了10倍。風力發電功率的快速增長,對研發制造商在風力發電機及其部件的設計、制造質量和可靠性方面提出了新的挑戰。為了提高大功率風電機組的質量和可靠性,減少研發周期,以及降低研發總體成本。使用full scale ground test facilities風電全尺寸地面測試設施來驗證風電機組的傳動鏈和電氣部分、控制部分的設計性能,已成為部件制造商、風電整機研發制造商和風力發電場經營者的一種有吸引力的選擇。
隨著風電機組的越來越大型化,一些風電整機和部件試驗設施已經分別在美國、德國、英國、丹麥等地運行,以測試風力發電機部件的各種性能和可靠性。目前用于整機傳動鏈系統和其他電氣部件試驗的全尺寸風電機艙地面測試設施,也在美國、德國、英國、丹麥風電研究機構里投入使用,最大試驗能力為15兆瓦。
德國Fraunhofer IWES DyNaLab
測試目標
這些測試設備可以針對不同的測試目標進行測試,例如:
1、整個風電機組系統及部件進行功能測試;
2、對風電機組進行設計研發驗證測試、用戶驗收測試或第三方認證測試;
3、在實驗室條件下模擬受控環境中的行為(如,寒冷氣候條件或聲學實驗室試驗等等);
4、對風電葉片、變速齒輪箱、偏航傳動裝置、變槳系統等耐久性試驗,以確定部件的安全性和壽命;
5、對風電機組運行過程中組件之間相互作用的負荷進行測試,以改善機組可靠性;
這風電全尺寸地面測試設施的試驗目的是,驗證風電機組的各種設計性能、機組的使用壽命和安全響應,是一種可替代風電試驗場現場試驗的設施。目前風電制造商、研究機構、部件供應商、以及第三方認證機構正在合作研究制定試驗規范。
雖然國際電工委員會IEC TC88對風力發電機及其部件有一些測試方法,但許多風電行業人士認識到,需要通過進一步確定新的測試程序和改進現有的測試方法,這樣可以提高風電系統的可靠性。為此,有必要具體規定試驗臺配置的要求和邊界條件,并制定統一的測量方法和測試程序。在制定測試規范過程中,將對風電傳動鏈和部件專用測試平臺進行實際調查,再具體規定試驗臺配置的要求和邊界條件,統一的測量方法和測試程序。這項工作的結果是,提供推薦性的標準化測試程序,以及對風電機組和部件測試結果進行定性分析的建議。本指南可用于完善整個風電機組及其部件的標準化認證程序。
這項任務的目標,以2012年在德國亞琛舉行的第68次國際能源機構“風力發電機和部件測試的進展”專家會議的討論為基礎,決定在 IEA Wind Task 35 的框架下編寫一份關于風力發電機及其部件的新測試方法的任務提案。這項任務的目的是,為在受控環境中,模擬風力發電機和部件實際機械負載,以及模擬并入電網的試驗,制定指導方針和推薦試驗方法,以驗證風電機組的設計性能和或者部件功能、安全性和耐久性。
IEA Wind Task 35 為設備制造商、零部件制造商、研究實體和認證機構提供了一個機會,共同討論開發和使用風電機組及其部件系統測試平臺的技術要求。由于利用地面試驗臺試驗,總是涉及到如何簡化試驗條件,所以必須確定所需的測試接口和子系統試驗方法。為了能夠確保地面試驗臺的模擬試驗能與風電機組的現場測試結果相類似,必須確定統一的試驗程序和測量方法,以及近似值定性評價,以確定不同的測試平臺如何采取不同加載試驗。通過硬件在環系統模擬風荷載和并網條件,對風電控制器和控制策略進行仿真測試,通過系統試驗臺了解整個機組在模擬實際運行條件下的行為。然后根據不同參加者的不同試驗經驗,就可能對整個風電機組以及個別部件的測試程序提出改進建議。各個實驗室從不同角度交換意見,將促進使用測試設施來提高風電機組風力機的可靠性。
重點領域研究
這些研究工作將為風電機組及其部件的基本測試程序提供建議,重點領域包括:
1、結構部件載荷檢測:
定義試驗臺的參考載荷取值,確切的說是硬件在環仿真試驗模型需要的機網計算載荷;
闡明風電機組不同部件(系統和子系統)之間動態的相互作用,并描述它們的影響。
2、功能測試程序:
改進現有的試驗臺常規試驗程序(研究比較IEC現場試驗和地面試驗程序和試驗結果)
3、耐久性試驗程序:
通過開發和完善新的測試程序,提高對整個風電機組中部件的質量和耐久性的預測。
預期IEA Wind Task 35的研究結果可用于推進目前的認證程序,并改進現有的測試程序,從而提高測試可靠性和降低開發成本。
未來三年將在上海電機學院臨港校區建成一個兆瓦級的風電機艙試驗臺架,該試驗臺架同時具備六自由度電液加載裝置和大功率高仿真電網模擬器,以及控制器硬件在環仿真試驗系統,可以在機械加載和模擬并網條件下對風電傳動鏈和控制器進行模擬測試。同時將進行更大功率的試驗臺的前期規劃工作。