2016年11月4日，在“2016中國(guó)風(fēng)電電氣裝備技術(shù)高峰論壇”的主題演講環(huán)節(jié)， 湘電風(fēng)能有限公司風(fēng)電研究院鄧 琛 電氣設(shè)計(jì)主任作了中壓風(fēng)力發(fā)電機(jī)組介紹的相關(guān)報(bào)告。

　　大家好，我的題目是海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組介紹，首先是海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組現(xiàn)狀，由于陸地資源的限制，風(fēng)電開發(fā)正從陸上轉(zhuǎn)向海上發(fā)展，海上風(fēng)電開發(fā)已成為世界風(fēng)電開發(fā)的熱點(diǎn)和趨勢(shì)。而在開發(fā)過程中，是否擁有高可靠性、性能優(yōu)異，更加可靠的關(guān)鍵機(jī)組是關(guān)鍵問題之一。

　　中國(guó)海上風(fēng)電發(fā)展具備海上風(fēng)能資源十分豐富，中國(guó)中東部沿海地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，能源需求大；電網(wǎng)結(jié)構(gòu)強(qiáng)，風(fēng)電接網(wǎng)條件好等優(yōu)勢(shì)。

　　從我們湘電從2009年就開發(fā)海上風(fēng)電機(jī)組的開發(fā)，通過我們實(shí)際的經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)海上風(fēng)電裝機(jī)的優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)主要是從下面幾個(gè)方面去考慮，優(yōu)勢(shì)是風(fēng)資源較好；場(chǎng)地較大、適合大型風(fēng)場(chǎng)；視覺噪音影響小，易于被公眾接受；低湍流，風(fēng)機(jī)使用壽命增長(zhǎng)；可運(yùn)輸安裝更大風(fēng)機(jī)，單個(gè)風(fēng)機(jī)發(fā)電量大；國(guó)家政府的支持力度更大。它的劣勢(shì)主要是單位兆瓦成本高，是岸上的近一倍；建設(shè)和運(yùn)行成本更高；浪載的影響、臺(tái)風(fēng)的威脅；進(jìn)入方式復(fù)雜而有限；基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)建設(shè)的風(fēng)險(xiǎn)；財(cái)務(wù)與保險(xiǎn)更復(fù)雜；供大型海上風(fēng)電場(chǎng)使用的電網(wǎng)有限。

　　所以綜合以上考慮，4-6MW及以上功率等級(jí)的海上風(fēng)電代表當(dāng)前技術(shù)前沿，因?yàn)槟壳皣?guó)內(nèi)外的知名公司，像西門子、阿海琺都是推6MW以上的機(jī)。所以我們預(yù)計(jì)未來幾年內(nèi)，小功率市場(chǎng)在3.6MW以下的機(jī)組會(huì)失去競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，5MW以上的將慢慢成為中國(guó)海上風(fēng)力的主流機(jī)型。

　　其次我們介紹一下中壓風(fēng)力發(fā)電機(jī)組特點(diǎn)，中壓與低壓機(jī)組部件的不同，從發(fā)電機(jī)上沒有太大區(qū)別，唯一的區(qū)別就是在主回路上面的不同，經(jīng)過我們湘電從2009-2016年這幾年的實(shí)驗(yàn)比較，真正不同的地方只有下面四個(gè)地方，一是發(fā)電機(jī)、二是主動(dòng)力電纜，三是變流器，四是升壓變壓器。但是中壓發(fā)電機(jī)，升壓變壓器的技術(shù)生產(chǎn)水平，價(jià)格與低壓基本一致，主動(dòng)力電纜，變流器技術(shù)生產(chǎn)能力，價(jià)格存在較大差別。

　　什么是主動(dòng)力電纜，我們從長(zhǎng)度、花費(fèi)、安裝、功率損耗這四個(gè)方面比較，長(zhǎng)度我們只需要6根300平方電纜，但是低壓690V需要30根300平方電纜，以單根100米為計(jì)算，中壓電纜單臺(tái)需要600米，低壓需要3000米。從花費(fèi)來說，中壓小于低壓電纜，從安裝角度考慮，由于低壓電纜方面，在低壓方案在電纜懸垂及扭纜方面會(huì)存在困難，塔筒線夾，扭纜等設(shè)計(jì)復(fù)雜。

　　從變流器方面考慮，首先從價(jià)格，現(xiàn)在目前我們所運(yùn)行的中壓變流器基本都ABB或者GE公司的，國(guó)外進(jìn)口的價(jià)格大概在400萬左右，原來最早是500-600萬，現(xiàn)在由于中國(guó)風(fēng)力市場(chǎng)的發(fā)展他們已經(jīng)降到400萬，但是低壓大概在180萬左右，尺寸方面兩者基本達(dá)成一致。維護(hù)方面因?yàn)橹袎鹤兞髌餍枰厥馀嘤?xùn)，所以相對(duì)復(fù)雜。從穩(wěn)定性、可靠性來講，簡(jiǎn)單來說就是由于低壓變流器部件數(shù)量多，在同等技術(shù)條件下，可靠性小于中壓變流器。從效率上來說，經(jīng)過我們對(duì)整個(gè)變流器低密度和中密度的測(cè)試，中壓平均效益會(huì)高出0.5%-0.8%。從冷卻系統(tǒng)，由于低壓系統(tǒng)損耗多出0.5-0.8%的損耗，所以我們會(huì)比中壓大30%左右。最后從供應(yīng)鏈角度來說，中壓屬于進(jìn)口產(chǎn)品，價(jià)格高，低壓國(guó)內(nèi)成熟。

　　最后做一個(gè)比較，從發(fā)電機(jī)、電纜、塔筒電纜的按設(shè)計(jì)、附加冷卻系統(tǒng)、變流器做比較，發(fā)電機(jī)價(jià)格相同，電纜低壓會(huì)多35W左右，塔筒設(shè)計(jì)在15W左右，附加冷卻系統(tǒng)，以自然冷卻方案為基準(zhǔn)，價(jià)格有20萬差別。變流器方面，中壓比低壓變流器成本高220萬，所以總的一比較低壓的方案會(huì)比中壓方案有一個(gè)150萬的差距。

　　最后從發(fā)電效率對(duì)比，從電纜損失上好，低壓高0.8-1%，變流器損失0.5-0.8%，從整個(gè)效率來說，作為中壓方案的比低壓高1.3-1.8%的百分點(diǎn)，即65-90KW。

　　綜上所述，需要開發(fā)一個(gè)最具精準(zhǔn)的中壓發(fā)電機(jī)組，我們需要有下面四個(gè)因素：低成本、高性能、高可靠性、高可利用率。但是從目前我們的技術(shù)領(lǐng)域來說，中壓發(fā)電領(lǐng)域還沒有達(dá)到低成本，最后我們希望往這個(gè)方向，所以后續(xù)關(guān)鍵因素就是說150萬的差距需要我們隨著中壓變流器的價(jià)格降低來彌補(bǔ)。低壓電纜安裝，從低壓方面來說將成為風(fēng)機(jī)整機(jī)設(shè)計(jì)的技術(shù)難點(diǎn)，電纜并聯(lián)后電流的均衡比較困難，對(duì)安裝工藝和人員素質(zhì)要求極高，同時(shí)效率方面的優(yōu)勢(shì)將會(huì)給客戶帶來更大的收益，中壓對(duì)將來進(jìn)一步提高功率等級(jí)提供了好的擴(kuò)展基礎(chǔ)。

　　下面介紹一下湘電5MW中壓海上風(fēng)電機(jī)組情況。這個(gè)是湘電今年已經(jīng)建成的在福建開發(fā)的，我們湘電從2009年開始進(jìn)行了5MW中壓風(fēng)電機(jī)組的研發(fā)，2011年6月23日，第一臺(tái)5MW海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組樣機(jī)在歐洲荷蘭風(fēng)場(chǎng)完成吊裝，同年9月23日并網(wǎng)運(yùn)行。2012年3月15日第二臺(tái)在中國(guó)福建完成，同年6月4日億并網(wǎng)運(yùn)行，2015年2月10日第三臺(tái)完成吊裝。

　　湘電產(chǎn)品的設(shè)計(jì)特色是可靠高效，直驅(qū)、永磁、中壓、無齒輪箱帶來結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輕而緊湊的設(shè)計(jì)。主軸承/發(fā)電機(jī)的集成設(shè)計(jì)、軸系短、剛性，避免轉(zhuǎn)機(jī)械常發(fā)生振動(dòng)故障。

　　湘電目前主推的5MW中壓海上發(fā)電機(jī)組，機(jī)型型號(hào)XE128-5000，功率等級(jí)5000kW。結(jié)構(gòu)型式是直接驅(qū)動(dòng)，無齒輪箱，發(fā)電機(jī)型式是多級(jí)永磁同步發(fā)電機(jī)，設(shè)計(jì)風(fēng)區(qū)等級(jí)為IEC 1/IEC二型，風(fēng)輪直徑為128m，控制方式是變速變槳控制。

　　這個(gè)機(jī)組的特性是我們經(jīng)過了這三臺(tái)的樣機(jī)已經(jīng)風(fēng)電場(chǎng)將近一年的經(jīng)驗(yàn)之后所總結(jié)出來的，這些都是我們認(rèn)為在以后是必不可少的，就是說所有的海上風(fēng)電必須適應(yīng)高濕、高熱以及鹽霧環(huán)境，建議大家把控制電流和產(chǎn)業(yè)發(fā)電機(jī)組能夠具有自主協(xié)調(diào)功能，因?yàn)楹Ｉ险麄€(gè)單機(jī)情況如果我們檢測(cè)不到的話就相當(dāng)于是不穩(wěn)定的狀態(tài)，假如沒有備用電源切換，相當(dāng)于我們根本就不知道各個(gè)風(fēng)機(jī)的狀況，你也不知道它是否能夠正常收回來。設(shè)計(jì)生活集裝箱，使我們平時(shí)在海上運(yùn)維的時(shí)候，運(yùn)維人員生活休息方便。機(jī)組具備自動(dòng)消防功能，視頻監(jiān)控防盜功能，在線振動(dòng)監(jiān)測(cè)功能，除濕系統(tǒng)。具備中高壓弧光檢測(cè)功能，水冷系統(tǒng)采用自然冷卻，減少自用電和噪聲，大大提高發(fā)電量，發(fā)電機(jī)雙繞組設(shè)計(jì)，主動(dòng)力電纜的電流均衡，完善的抗臺(tái)風(fēng)控制策略，升壓變壓器為水風(fēng)冷卻型，有效防鹽霧。

　　最后介紹一下企業(yè)展望，由于安裝和維護(hù)成本過高，海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組正向著超大功率、低成本以及高可靠性方向發(fā)展，因?yàn)橹挥羞_(dá)到了這種目標(biāo)才能使中國(guó)的大功率風(fēng)電制造技術(shù)提升一個(gè)平臺(tái)。

　　同時(shí)海上風(fēng)電發(fā)展會(huì)極大的對(duì)產(chǎn)業(yè)化和市場(chǎng)推廣，主要就是說推動(dòng)整個(gè)電力電子行業(yè)技術(shù)進(jìn)步，主要是中壓變流器在國(guó)內(nèi)的發(fā)展，另外就是海上風(fēng)電設(shè)計(jì)的時(shí)候要達(dá)到比低壓或者其他方案更高，響應(yīng)國(guó)家節(jié)能減排政策，最后會(huì)推動(dòng)整個(gè)民族工業(yè)水平發(fā)展，使得整個(gè)民族工業(yè)海上風(fēng)電機(jī)組至少能夠跟國(guó)際保持一致。感謝各位領(lǐng)導(dǎo)的聆聽。