金风科技海上风电技术探索.doc

金风科技海上风电技术探索石磊2010年8月R&D CENTER OF OFFSHORE WIND.OFFISHORE WIND TECHNOLOGYAug 20102007年11月，利用原有的单点导管架，与中海油合作在渤海辽东湾南部海域绥中36-1油田安装了一台70/1500风电机组，距岸距离为70 km。此项目2007年3月启动，至2008年1月完成试运行。R&D CENTER OF OFFSHORE WIND.OFFISHORE WIND TECHNOLOGYAug 2010项目的研究课题：1、海上风力发电机组适应性研究- 金风科技2、海上机组风柴系统联调研究-海油研究中心3、风力发电机组整体吊装研究- 海王星公司4、风力发电机组海上整体运输研究程学院5、风力发电机组海上运行维护研究6、导管架帽、机组整机载荷分析- 哈尔滨船舶工- 平台维护公司- 中国石油大学R&D CENTER OF OFFSHORE WIND.OFFISHORE WIND TECHNOLOGYAug 2010主要问题：1、机组设计转速范围为917.3rpm，但会与机组和平台的整体频率0.6Hz发生共振，通过调整控制策略，避免共振。2、受天气条件以及登录方式的限制，导致机组可进入性差，造成机组可利用率小于70%。3、除在机组的生产过程中，一些部件的防腐存在质量问题，进行了返工处理外，目前为止运行2年多的整机防腐没有出现问题。R&D CENTER OF OFFSHORE WIND.OFFISHORE WIND TECHNOLOGYAug 2010R&D CENTER OF OFFSHORE WIND.OFFISHORE WIND TECHNOLOGYAug 2010R&D CENTER OF OFFSHORE WIND.OFFISHORE WIND TECHNOLOGYAug 2010海上风资源的特点是：风速高，风能资源比陆上大，从而使风电场发电运行效率高；同时海上风资源湍流强度小、盛行风向变化小、系统稳定性好，风机的疲劳载荷相对较小。中国近海长江近海口以南大部分近海海域年平均风速达8m/s以上，台湾海峡中部达9m/s以上；以北风速6-8m/s。图片来源：中国近海风电场开发指南R&D CENTER OF OFFSHORE WIND.OFFISHORE WIND TECHNOLOGYAug 2010图片来源：中国近海风电场开发指南R&D CENTER OF OFFSHORE WIND.OFFISHORE WIND TECHNOLOGYAug 2010江苏近海有世界上最大的辐射沙洲，由70多条沙脊以及沙脊之间的潮流通道组成，南北长200km，东西宽140km。该区域特殊的地质条件给风电开发提出了新的课题。R&D CENTER OF OFFSHORE WIND.OFFISHORE WIND TECHNOLOGYAug 2010针对中国海上特定区域风资源、气候条件、地质状况等因素，风力发电机组需进行专项设计。R&D CENTER OF OFFSHORE WIND.OFFISHORE WIND TECHNOLOGYAug 2010海域主要关注点渤海海域海水结冰、温带气旋引发的风暴潮山东半岛南部邻近海域海雾对机组安全及运行维护的影响苏北海域低风速、软地质对风机及基础的影响长江口以南至福建北部海域台风路径的多变台湾海峡风电机组的疲劳载荷广东、广西、海南东部海域台风极限风速的影响北部湾海域风向突变、极大风速总体设计-载荷设计风资源、气候特性海洋水文海洋地质R&D CENTER OF OFFSHORE WIND.OFFISHORE WIND TECHNOLOGYAug 2010总体设计-载荷设计海、陆风力机组载荷对比样例：三叶片，直径106m轮毂高度90m（相对泥面）水深15m ，波高3.0m多桩基础极限风速37.5m/s（10分钟）R&D CENTER OF OFFSHORE WIND.OFFISHORE WIND TECHNOLOGYAug 2010海、陆载荷对比结果：基础底部轮毂中心塔架底部叶片根部R&D CENTER OF OFFSHORE WIND.OFFISHORE WIND TECHNOLOGYAug 2010防腐密封海洋工程结构不同部位的腐蚀大气区飞溅区潮差区全浸区海泥区R&D CENTER OF OFFSHORE WIND.OFFISHORE WIND TECHNOLOGYAug 2010防腐密封参考规范：GB/T 19292.1-2003 金属和合金的腐蚀大气腐蚀性分类ISO 12944 防护漆体系对钢结构的腐蚀防护ISO 20340 海洋工程及相关结构的防护漆防腐NORSOK M501 海洋工程的表面处理和涂装常用防护方法：结构表面采用涂层防腐设置阴极保护系统提高钢材厚度余量以补偿腐蚀损失R&D CENTER OF OFFSHORE WIND.OFFISHORE WIND TECHNOLOGYAug 2010防腐密封海上风机防腐等级：中国沿海属湿热、亚湿热或暖湿气候，其大气环境腐蚀性分级设定为C5-M（海洋）规范IEC 61400-3：2009对风力发电机组各部分的防腐等级规定如下：R&D CENTER OF OFFSHORE WIND.OFFISHORE WIND TECHNOLOGYAug 2010防腐密封100%密封？ 微正压控制 一次盐雾过滤100%密封？R&D CENTER OF OFFSHORE WIND.OFFISHORE WIND TECHNOLOGYAug 2010防腐密封除湿冷却空调塔底电气布置R&D CENTER OF OFFSHORE WIND.OFFISHORE WIND TECHNOLOGYAug 2010基础设计循环设计R&D CENTER OF OFFSHORE WIND.OFFISHORE WIND TECHNOLOGYAug 2010基础设计金风2.5MW机组潮间带基础方案选型与对比分析，采用海洋工程软件SACS对基础结构进行校核，校核包括静力分析，地震分析和疲劳分析。R&D CENTER OF OFFSHORE WIND.OFFISHORE WIND TECHNOLOGYAug 2010基础方案杆件最大UC管节点冲剪最大UC节点最大位移（cm）桩最大UC桩轴向抗压性能轴向抗拔能力泥面最大位移（cm）桩端最大位移（cm）整机频率f1（Hz）CAPACITY(KN)CAPACITY(KN)XY垂向位移单桩0.62-10.2990.527-28080.631535.2-4.91-5.800.0050.254三桩0.8730.6413.8050.482-1444615399.32.043-2.5480.1550.322基础设计R&D CENTER OF OFFSHORE WIND.OFFISHORE WIND TECHNOLOGYAug 2010设计方案比较内容方案一单桩基础方案二三桩导管架基础基础结构特点该结构为国外海上风电场风机基础常用型式。基础自重较轻，结构构造简单，受力明确。由于桩端面积大，单桩基础轴向抗拉抗拔能力较好，单桩基础刚度小，基础变形大；该结构在海洋工程固定式平台导管架中得到了广泛应用，基础自重轻。基桩呈三角桩位布置，固定在海底，构件数量少，整个结构的稳定性好。适用自然条件适用于水深小于15m，且地质条件较好的地区，但本风电场地基土较差，考虑采用大直径单根钢管桩基础，可满足结构倾斜度和变位要求。适用于水深1530m，对地质条件要求不高的地区。但基础的水平度控制需按照海上固定平台要求完成。建成后，需要动用大型浮吊进行海上安装。海上施工技术和施工条件对于单桩独柱的就位施打必须具备大型打桩锤，施工要求较高。钢管桩陆上制作、堆放及吊运时，对场地、周转码头的要求高。本方案施工周期短。国内在海上石油导管架基础的施工中有成熟的施工经验以及相应的施工机械。对钢管桩的制作、运输、吊运要求低。本方案施工周期长。灾害天气预防在中国和国外的海洋石油行业已有过多次惨痛的事故教训，如1969年渤海一号采油平台被海冰推倒。1979年，渤海二号钻井平台在拖航途中，发生翻沉事故。1983年，美国环球海洋钻井公司“爪哇海号”钻井船，在莺歌海合同区钻井作业时，遇强台风袭击倾覆沉没。在中国也同样有由于台风导致风力发电机组破坏的事故教训，如2003年9月2日，汕尾风电场受“杜鹃”台风的影响，25台风力发电机组中13台受损，9台风力发电机组各有一个叶片撕裂，当时的瞬时风速为57m/s；2006年8月10日“桑美”台风登陆浙江省苍南县，瞬时风速达到68m/s,其结果是，苍南风电场遭受了毁灭性打击，28台机组全部受损，其中5台倒塌，整个风场几近报废。R&D CENTER OF OFFSHORE WIND.OFFISHORE WIND TECHNOLOGYAug 2010灾害天气预防-台风预防中国沿海是世界上受热带气旋影响最多的区域之一，中国海上风电场都将面临着台风风险，因此海上风力发电机组必须考虑防台风措施。主要考虑的防台风措施有：基础加强设计；增加机舱、塔筒等结构件强度；在轮毂和叶片连接的地方做加强设计，增加叶根强度；一方面利用可利用的台风发电，另一方面对具有破坏作用的台风执行台风预防控制策略。R&D CENTER OF OFFSHORE WIND.OFFISHORE WIND TECHNOLOGYAug 2010灾害天气预防-台风预防不同偏航角度塔架推力3500度30060度250120度200180度150240度100300度50050100150200250300350400Rot or az i mut h degR&D CENTER OF OFFSHORE WIND.OFFISHORE WIND TECHNOLOGYAug 2010 k NTower Fx灾害天气预防-台风预防不同偏航角度下的叶根弯矩60000度500060度4000120度3000180度2000240度1000300度0050100150200250300350400Rot or az i mut h degR&D CENTER OF OFFSHORE WIND.OFFISHORE WIND TECHNOLOGYAug 2010 k NmBl ade 1 Mx y海上风电运输、吊装已建的海上风电场安装依安装方式的不同主要分两种：海上分体安装和海上整体安装。不管采用哪种安装方法, 都要求安装安全、在海上作业时间短。R&D CENTER OF OFFSHORE WIND.OFFISHORE WIND TECHNOLOGYAug 2010海上风电场运行维护R&D CENTER OF OFFSHORE WIND.OFFISHORE WIND TECHNOLOGYAug 2010海上风电场运行维护金风科技怎样从运维角度出发保证机组可利用率？资源的合理配置 机组维护人员 备品备件远程监测、诊断、控制系统 中央监控系统 SCADA系统 状态监测系统R&D CENTER OF OFFSHORE WIND.OFFISHORE WIND TECHNOLOGYAug 2010海上风电场运行维护分析海上风电场现场信息： 风电场离岸距离， 风电场规模 机组可靠性 水文特征 风资源情况 选择适合的人员运输方式及登陆方案R&D CENTER OF OFFSHORE WIND.OFFISHORE WIND TECHNOLOGYAug 20102002年开始，在实现600KW、750KW风电机组产业化的基础上，结合全球风电市场需求和风电机组技术发展，充分利用中国优势资源，金风科技以直驱永磁全功率变流的系统集成风电技术作为公司的长期发展路线，并在全球率先实现了1.5MW系列直驱永磁风电机组的产业化。R&D CENTER OF OFFSHORE WIND.OFFISHORE WIND TECHNOLOGYAug 2010直接驱动+永磁电机+全功率变流无齿轮箱高效率免维护无需励磁永磁电机优化设计无滑环电网接入性好电能品质好低电压穿越功能R&D CENTER OF OFFSHORE WIND.OFFISHORE WIND TECHNOLOGYAug 2010直驱、无齿轮箱变桨齿形带、可靠性高发电机单轴承、重量更轻全功率变流器、并网特性好结构简单、重量轻优化设计、重量减轻机舱密封、环境适应性强R&D CENTER OF OFFSHORE WIND.OFFISHORE WIND TECHNOLOGYAug 2010发电机主动空冷、效率更高发电机采用永磁同步发电机、无励磁损失R&D CENTER OF OFFSHORE WIND. OFFISHORE WIND TECHNOLOGY Aug 2010发电机双绕组+双变流器独立并行，可利用率高发电机无碳刷滑环，免维护叶轮采用超级电容的变桨后备电源，寿命长R&D CENTER OF OFFSHORE WIND. OFFISHORE WIND TECHNOLOGYAug 2010三套独立变桨系统，安全性高结构简单，无需润滑，免维护空冷系统R&D CENTER OF OFFSHORE WIND.OFFISHORE WIND TECHNOLOGYAug 2010全功率变流电网接入性好电能质量高R&D CENTER OF OFFSHORE WIND.OFFISHORE WIND TECHNOLOGYAug 2010低