10MW级海上风电机组技术

10MW风电机组技术行业背景10MW难点及关键技术10MW研制情况科技部项目申报情况1.1

国家和地方关于发展大功率海上风电机组的政策规划（1）《风电发展“十三五”规划》--促进技术自主创新（2）《能源技术创新“十三五规划”》--重点任务（3）《山东省“十三五”战略性新兴产业发展规划》--重点发展产业--绿色产业（4）科技部“可再生能源与氢能技术”重点专项，“面向深远海的大功率海上风电机组及关键部件设计研发”，机组的额定功率不小于10MW。规划指导意义强，10MW级海上风电机组将成为未来海上风电的主力机型。1.2

市场表现+42%+97%+64%数据来源：CWEA

2018年中国风电吊装容量统计简报--《风能》2019年04期《风电发展“十三五”规划》行业背景10MW难点及关键技术10MW研制情况科技部项目申报情况2009年国家海上风电工程技术研究中心成立2010年2月5MW机组研制5MW

样

机示范2012年9月H171-5MW立项开发2015年12月样机研制关键技

升级术研究

换代研究内容演变项目立项背景H171-5MW样机示范2017年9月10MW

机组研制2017年11月H152-6.2MWH171-6.2MW时间风机可利用率%发电量MWh等效满发小时数h01月02月03月04月05月06月07月08月09月10月11月12月总计H151-5MW运行数据时间风机可利用率%发电量MWh等效满发小时数h01月02月03月04月05月06月07月08月09月10月11月12月总计H171-5MW运行数据低风速造诣：H151-5MW机组创造了2013年的全球最大风轮记录H171-5MW机组创造了2017年的全球最大风轮记录，使长江口以北的低风速海域具备了开发价值，被评为2018年度最佳机型，也被鉴定为海上低风速全球领先。在使用和协同设计碳纤维、大叶片上积累丰富经验。低平均高极端√投资成本高√可达性差√腐蚀√高温√√施工窗口期短度电成本示意？主要矛盾：功率大、风轮大、度电成本低Vs零部件设计制造技术成熟度不够、成本高根据windmonitor研究趋势判断7MW机组需要180m+风轮直径（高风速机型所需的风轮直径略小，低风速机型所需的风轮直径略大）。根据DTU推断，90m长度下：碳纤叶片预计重量为40t常规玻纤叶片预计重量为52t几乎是现有5MW叶片重量的1.5倍叶片长度、重量、载荷、发电量、整机成本多条件相互制约。发电量数据载荷数据库零部件成本与载荷模型度电成本计算评估功率等级与叶片长度针对载荷状态的全域感知技术基于半物理模型的载荷重构及疲劳损伤监控技术基于多元感知的实时+半实时降载技术基于载荷感知的疲劳载荷控制技术集群H171已攻克技术超长型轻量化叶片设计技术；大型海上风电叶片载荷优化技术；大厚度碳纤维主梁真空灌注成型技术；大厚度碳纤维无损检测技术研究；碳纤维叶片防雷技术及避雷铜网修复技术；海上风电叶片前缘防护新技术；……100m叶片面临的新挑战气动和气弹非线性更加严重；新材料、新工艺、新结构形式，有效控制叶片重量，充分发挥材料和结构性能；大尺寸叶片铺层定位、铺放及平整度控制将需要自动化设备运输和安装需要新的运输和吊装设备；大叶片的造价急剧增加，急待开展成本控制技术研究；面临问题：如何选择一条安全又经济的路线。液压变桨电动变桨国内拥有较强技术实力，设计及运行维护经验成熟。主要以VESTAS、SG为代表。国内应用案例较少，技术实力尚待提升。图

多驱传动试验平台通过对液压变桨和电动变桨在设计方案、开发成本、可维护性、产品成熟度、技术延续性等多方面的对比分析，在单驱动变桨技术的基础上，中国海装选择了开发双驱变桨系统技术路线。同时，开发模拟变桨系统实际运行工况的

双驱/多驱变桨测试平台，充分确保设计开发、测试验证的闭环。转速平稳性、负荷平衡性。开展多失效模式下的安全性论证，及闭环逻辑设计等结构紧凑电机巨大、重心靠前、弯矩大制造难度大可维性差，维护成本高零部件少，理论可靠性高直驱高速永磁中速永磁结构较紧凑风轮、传动链布局合理，利于平衡零部件加工精度高吊装、维护较易成本较低传动链长风轮、传动链布局合理，利于平衡制造难度相对降低吊装、维护较易成本较低发电机轴承润滑齿轮箱轴承电腐蚀主轴承的游隙控制……考虑可维护性，保证装配精度等……中速中压发电系统的稳定控制发电系统采用中速永磁发电机+中压全功率变流器，需解决变流器低载波特性导致的发电机转矩脉动大和网侧电流谐波大等问题。行业背景10MW难点及关键技术10MW研制情况科技部项目申报情况大功率整机及技术路线变桨系统、发电机、变流器、变压器轴承、齿轮箱、铸造件、锻造件制造、运输、吊装变桨系统主轴承系统传动链系统发电系统…….长度区间、功率区间的整机载荷计算确定叶片长度、功率等级等迭代分析控制降载整机及零部件载荷三大轴承三大齿轮箱轴承变桨轴承主轴承偏航轴承齿轮箱变桨齿轮箱主齿轮箱偏航齿轮箱完成轮毂、主轴、轴承座、机架设计及有限元计算；完成罩壳主体结构设计结0构4件机舱布局可维护、易维修；人机工程学应用；环境友好型布局行业背景10MW难点及关键技术10MW研制情况科技部项目申报情况鉴