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【文字直播】技术与创新专题论坛专场——明阳风能设计院叶凡:技术创新成就新能源发展之路

放大字体  缩小字体 发布日期:2017-11-24  来源:能见  浏览次数:693  
核心提示:感谢主办方提供这样的机会,我来自明阳智慧能源集团股份公司,我今天的题目是《技术创新成就新能源发展之路》。
  11月22-24日,“2017全国大型风能设备行业年会暨产业发展论坛” 在浙江杭州市召开,本届年会以“绿色制造 绿色发展 绿色未来”为主题。大会共邀请来自业内的四十余位专家、主题对话与分享,参会人数超500人。
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明阳智慧能源集团股份公司风能设计院院长叶凡先生
  
  叶凡:
  
  感谢主办方提供这样的机会,我来自明阳智慧能源集团股份公司,我今天的题目是《技术创新成就新能源发展之路》。
  
  新能源发展是一种生活方式,为什么这么说呢?人类文明史的发展、能源发展史几乎是同步的,一开始薪柴时代是人类第一代主体能源,对火的利用是人类发展史上的一大飞跃,人类从而成为了万物之灵;然后进入了化石能源,主要是三大标志事件:蒸汽机的发明与使用、石油的发现与内燃机的发明与使用、电力的出现;现在进入了新能源时代,主要是对风能、太阳能、地热、海洋能、生物质能、氢能等能源的利用,这是对我们生活方式和生活理念的改变。
  
  新能源的使用也是一种潮流,一种时尚,一种文化。比如说现在共享经济的发展,我们感受到了移动支付、绿色出行(小黄车、小单车),还有风能和太阳能的大量使用,为新能源插上了翅膀。
  
  之前说新能源是一种理念,新能源技术的发展是这个理念实现的途径,也就是说要做到像明阳提出的“知行合一”,如何将理念和行动结合起来,怎么使新能源的技术促进理念的实现。这就是我们所提到的新技术的发展,怎样促进新能源理念的落地。
  
  现在我们主要做风力发电设备,在设备方面,我们做的叶片越来越长,叶片的效益越来越高,这是我们所追求的。在叶片方面的研究,主要包括了几方面:
  
  一是噪声,因为研发的风机要适应环境,现在提倡环境友好型,在南方区域离居民区和生活区很近。风机运行过程中,24小时都有不间断的风,无论是白天还是晚上,风机产生的噪声是否会扰民,在研究风机的过程中产生噪声,如果离居民区很近,造成噪声扰民,就不那么友好了。我们在过程中借助了仿生学猫头鹰,为什么猫头鹰在夜晚飞行没有声音,就是因为翅膀,所以我们利用仿生学通过猫头鹰的翅膀降噪,现在我们在内地的一些风场已经开始应用了这些技术。应用了之后,我们也测试,利用这个技术可以降噪5分贝以上。白天感受不明显,晚上降低5分贝的人感受完全不一样。所以,通过理论、实践和论证,使它闭合起来,使工作一直在推进。这个技术将会在更长的叶片、更大的风机上利用。
  
  二是分段叶片技术。在国外这不是一个新技术,但分段叶片技术解决的问题就是运输困难的问题,因为现在南方都是丘陵地带,山区里的叶片运输是很大的障碍。因为现在的叶片越来越大,单机的叶片已经超过了70米,如果要运叶片上山非常困难,之前用了矩阵车,叶片超过了20米,难度就非常大,再加上山上本身有坡度,运输过程中很容易倾翻。在欧洲的叶片技术非常高,但要考虑到实用性,因为现在电量在下降,电价也在下降,新能源要符合实用的特性,如果成本太高就没有普及性了。所以,我们在研究过程中采用了一些新技术。通过廉价可靠的系统考虑,使分段叶片可以落地山区的风场可以应用。
  
  三是电加热防结冰除冰技术。这应该是第三代技术,因为我们之前也用了加热,我们的除冰技术是可以在不停机的过程中,可以让结冰熔化。因为结冰的时候,风速往往很高,这时候为了避免叶片结冰造成的发电量损失,所以我们研发了最新的技术让它正常运行过程中还可以除冰和防结冰。
  
  其次,叶片除冰时间比较短,叶片在8到10毫米厚的情况下可以在20分钟之内除掉,使叶片正常的运行。在湿度和表面温度达到一定条件之后,它具备智能类型,通过一定的传感器防治结冰,在叶片表面加热,防治已经达到结冰的环境下,叶片可以防治结冰。还可以通过远程,不需要人去操作某个开关,它可以通过远程自动控制,这是叶片结冰最新的研究成果。
  
  四是碳玻混编技术。因为叶片越来越长,对叶型的要求越来越高,如果还是用传统的玻纤材料,重量增长会非常快。因为我们做了很多研究,如果叶片的重量太重,机组的疲劳程度影响非常大,而同时在南方区域,实际上疲劳是关键因素,而重量是疲劳影响最重要的因素之一。所以我们用碳玻混编的技术,主要是降低重量。
  
  降低重量有两大好处:首先疲劳载荷会下降,其次运输成本、运输便捷性都会得到改善,这是碳玻混编的样片,目前正在做测试。
  
  在数字模型平台上,这是风机系统上做的一些创新或者是研究。也就是说怎么样实现高精度的仿真平台,通过多体动力学和有限元理论风机设计平台,也就是说设计一个风机,风机运行过程中有大量的数据,进入平台,对模型进行反向的校合,也就是整个过程是封闭的闭环。
  
  在这个平台上,我们开发了大型机组,包括陆上的机组单体越来越大了,半直驱的技术具有效率、体积、重量三大优势。因为风场开发过程轴,遇到的三大问题:一是土地质量;二是征地越来越困难了,有一点的机位点涉及到严控区,就是征不下来。如果要保持收益,必须要用大机组替代小机组,保证风场的营量。如果大机组过程中,可靠量无法保障,就没有效益。为了在条件有限的情况下提高效益,就是采用了的半直驱的技术。
  
  半直驱是采用了柔性销的技术,两翼新型传动齿轮箱效率最高,它和传动齿轮箱和航空发动机齿轮箱结合在一起,罗尔斯-罗伊斯公已经采用了新的“Advance3”发动机,航空发动机改善效率也是通过叶片改善,所以它也是用应用动力齿轮箱,柔性销的齿轮箱,和我们是一样的,所以改善效率方面我们和航空业也是一样的。
  
  MySE前面是齿轮箱,中间是典型的半直驱齿轮箱,后面一个铸钢的支撑结构,这个机组是38吨,有与2MW的重量相当,传统的3MW和2MW相当,如果和3MW相比,我们的半直驱体积重量有很大优势。在这种情况下,以前的2MW的基础采用3MW的技术不用有任何的改变,成本会下降,发电量和风速能量都会大家保证。
  
  最后说一下机组的核心优势:一是高效,刚才说齿轮箱是两级行星传动,传动效率非常高,综速的效率也非常高,达到了98之间。采用半直驱技术,风速转速非常高,它的调速范围宽是4.3-13.44rpm,可以实现最佳的风能效率的转换。(PPT图示)绿色的直线对应的夜间速度风速转,红色是传统的2MW,包括直驱。所以,我们经过大量的运行数据和实验风场,整批量运行,得到了大量的验证。我们在内蒙的风场运行了半年时间,发电小时数超过了将近2000小时。同比其他的机组,同兆瓦级别要高15%,这是效率的体现。
  
  这个问题可以稍微展开一下。因为很多人问我为什么其他机组在4.3段的时候不能切入,这里有一个问题综合永速发电机发电机要结合起来,电压和转速有关,转速太低没有办法并网。转速在4.3到13.44的情况下,发动机可以实现永动发电。
  
  二是可靠。载荷发电单元更有效,(PPT图示)大家可以看一下图片,传动部分齿轮箱内部和发电机内部都是纯的扭矩,刚性很大,可靠性就决改善很多。
  
  突破永不止步,也是永无止境。因为中国的国土面积如此之大,环境如此之复杂,远远超过我们的想象。我们风机超过了70m/s的地方,在新疆,在其他国家难以想象。还有国家的温度,实际上最冷的地方不是在北极,而是在内蒙,内蒙的某个地方常年有一段时间温度低于在零下45度,我们的风机要如何保证运行。在南方的运行温度是45度以上经常出现,甚至有超过50度,同样海上环境也非常复杂,比我们想象得复杂很多,欧洲海上环境也很复杂,我们之前统计中国的海上风速8米,后来统计完成之后发现长江以北都是低风速,6.5m到7m之间,大多数5.8m/s,大多数是5m/s,所以这样的情况下怎么开发风机是非常困难的。
  
  还有就是长江流域的台风,欧洲人无法理解什么是台风。在台风区域,整个中国除了福建海峡,年平均做到8米到11米之间的风速,中国的非常复杂,不仅海平面以上复杂,海平面下也很复杂。欧洲很评弹,一个单装可以解决,但中国不可能。到了福建和广州,安装也非常复杂。在中国海上风电机组超过千万非常普遍,但欧洲无法想象,投资非常大。
  
  针对中国如此复杂的条件下,怎样开发风场才能实现盈利,在先进的手段上,我们要付出比其他还要更多的努力,比如说复杂的山地环境下,因为现在的南方风场很多,在山地进行仿真,将真实的山体状态输入现在的计算模型进行仿真,而现在的商业软件都是欧洲过来的,WTO、SIM都是能手动参数的非常有限,而他们所涉及的地形参数只有几个可选,很多时候计算并不能真正的表达中国陆上、山许的自然情况,所以这种情况下会运用CFD进行方针,将中国真实的海上情况或者说陆上丘陵的情况仿真进来,进行载荷计算和湍流计算,心里很多风场湍流因为太大,造成风机的震动停机和偏航故障,甚至偏航减速齿都断了。实际上它并不是极限风速的影响,往往就是湍流泰达。
  
  这里面还有一个因素就是风能做大了,现在风能面上的风速不均,表现非常明显,整个风能面上来和下面不一样,左面和右边还不一样,所以风能面的风速和以前想象原来不一样,这时候要用真实的情况面对如此复杂的环境。
  
  刚才说了海上,复杂的海况,为什么海上要做大风机,就是刚才说的海上机组,一个3MW和4MW的机组都是超过了千万,不过一个超过了200万、一个超过了300万,用大机组风量进行减少,所以海上大机组的原因就是造价如此之高,我们只能通过机组减少工程成本和建设成本。
  
  (PPT图示)这是密密麻麻的,是一条条线组合而成的,这是过去二十年来海上的路径。现在中国的南方一年平均有七到八次台风,在台风如此复杂的情况下,风场如何生存,如何保持盈利,还不能倒塌,这都是叶片面临的问题。
  
  这是大数据平台预测台风,以及登陆的节点、风速、切片,通过大数据保证风场,保证风机不出任何问题,刚才说了南方是低风速区域,每次来一次大风多么不容易,可能来一次台风前三天和后两天五天时间之内,平均风速比平时高很多。来一次台风,只要台风没有正式登陆这个风场,风速带来的能量非常可观。所以,现在如果知道台风不从风场登陆,可以抢发电量,现在我们有900多台的风机在广东运行。我们统计每年台风可以为风场带来的发电量增加是50到150小时数,所以我们要善于驾御自然的力量,都是靠技术实现的。
  
  (PPT图示)这是我们台风模型的研究,也是基于刚才说的大数据的测量。欧洲没有台风,他们在模型里没有,现有的测量数据,方针的真实情况了川流、风速的变化率,不同的参数对应不同的气压。
  
  台风对气压的影响空气密度,有时候台风风速很大,要超过60米,沿海的风速是1.18到1.22之间,越靠近沿海风速越大,但台风来的时候风速1左右,或者是不到1左右,因为台风来的时候气压变了,这时候空气密度会发生变化,就会影响风速的载荷。所以相同的风速,但气压不一样。
  
  现在新时代的微网利用比较多,一个风场30万、50万,他已经是耕地了,这种情况下怎么办,我们可以走分散式或者是微网,现在国家也有一些支持分散式,最大的好处是作用地上可以找一些零散的建设用地,实现风电开发,目前规定5万以下只要不接入110千瓦,还有2兆瓦以下,用户开关就可以接入,这也是将来我们的重要出口。
  
  最近公布河南省的分散式已经超过了200万的项目公示了,这在南方也越来越多,南方的省份在微网部分是重要的突破口,这方面会通过设备和能量管理,会保证新能源的占比越来越高。因为分散式的最终目标不是改变新能源在整个能源体系中的比例,这是我们的主要研究方向,也是未来的热点。
  
  这是我们的理念,当新能源成为主导能源的时候,理念创新会使新能源成为我们生活中的一部分,我们应以积极、开放、包容的态度迎接新能源。
  
  我们讲的创新不仅是技术上的创新,商务上也要创新,现在面临的是开放的社会,面对的是多元、兼容并蓄的社会,前两天看到了一篇文章,传统的行业会对其他颠覆。举个例子,这个例子很简单,比如说统一方便面并不是被方便面打败的,而是被美团打败的,因为大家都订餐了。方便面企业远远没有想到自己被美团打败了。而美团在某些区域的销量急剧下降,发现它并不是被其他外卖打败,而是小黄车打败了,因为很近的距离可以骑小黄车。所以,我们要突破传统的思维,要以积极、开放、包容的态度面对创新新能源。
  
  今天的演讲就到这里。谢谢大家!
 
关键词: 明阳风电 叶凡
 
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