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技术要求提升 将影响风电变流器市场集中度

   2022-09-08 《风能》杂志28810
核心提示:一端是机组,一端是电网,风电变流器于整机电气系统中的作用非同小可。当风电迈入降本增效需求愈发突出的平价时代,变流器在提升整机效率和降低系统性成本上,将起到更为关键的作用。禾望电气集团(下称“禾望电气”)业务副总裁兼营销部总监、风电业务营销总

一端是机组,一端是电网,风电变流器于整机电气系统中的作用非同小可。当风电迈入降本增效需求愈发突出的平价时代,变流器在提升整机效率和降低系统性成本上,将起到更为关键的作用。禾望电气集团(下称“禾望电气”)业务副总裁兼营销部总监、风电业务营销总监苏炜光日前接受《风能》专访,解读未来风电变流器市场与技术发展趋势。

苏炜光,禾望电气集团业务副总裁兼营销部总监、风电业务营销总监

Q:就目前风电变流器的市场与技术发展方向而言,什么是需要着重突破的?

A:随着风电装机量的持续增大,风电变流器市场规模也在不断增长,同时,由于风电机组系统技术的难度加大,对变流器的技术要求越来越高,风电变流器市场会逐步向头部企业集中。更大功率、更高电压和更小体积是风电变流器发展的永恒潮流与趋势,因为这会带来风电机组系统性成本的持续降低,进一步提升风电作为绿色新能源的竞争力。目前,风电变流器的技术发展,主要是以适应市场更大功率的需求为主。提升单机功率是风电降低开发成本的有效手段。目前,陆上机组单机功率正从4~5MW快速向6~8MW过渡,海上风电则将从6~8MW提升到10~16MW,与之配套的变流器也需要相应提升功率,满足大功率风电机组的需求。因此,在当前时期确保成本可控、质量保障的前提下,提升风电变流器功率是变流器厂家的重点突破方向。

Q:随着平价时代到来,风电机组系统降本的重要作用凸显。在这方面,变流器企业需采取哪些措施和方法,以满足产业日益增长的降本需求?

A:平价为风电带来新的发展空间,禾望电气一直在积极参与和配合。从变流器方面,“加量不加价”是降低系统成本的有效手段,当前4~5MW的风电变流器售价与前期的2~3MW的变流器售价相当,折算后相当于变流器每千瓦售价降低了一半左右。下一步,在成本增加很少的情况下,提升变流器功率到6~8MW,可进一步降低单位千瓦售价,满足产业持续降本需求。除了通过扩容降本外,禾望电气变流器还在增效上为行业提供了更为先进的解决方案:一方面,推出了节能待机模式,可以有效降低小风待机期间机组系统损耗,大大降低风电场自用电;另一方面,在模块化变流器上通过模块化设计提供冗余功能,在故障情况下自动切除故障单元,使机组系统可以降载运行,从而降低故障损失等。

Q:有分析认为电气系统是风电机组故障率较高的部分,这些故障一般是怎样产生的?禾望电气如何在国产化替代与降本增效背景下实现产品的高可靠性?

A:风电变流器连接电机和电网,很多风电机组系统故障都会在变流器上呈现出来,因此,风电机组中变流器属于故障表现比较高的部件,但不少故障实际上是系统故障的关联反映。另外,由于近些年机型发展变化加快,机组对变流器提出的功能要求不断增多,一定程度上也影响了其稳定性。随着平价时代的来临,面对降本增效要求,国产化替代是一个有效解决方案。在降本压力、国产化器件的大批量应用背景下,变流器故障率确实有一定程度的上升,甚至对系统的稳定运行带来影响。实际上,变流器在整个风电系统中的成本占比不到3%,但风电机组系统可靠性的一点点提高都会带来更大的价值和收益。而且随着新能源装机占比的提升,变流器还要承接电网适应能力等要求,因此,禾望电气一直坚守风电变流器质量底线,不愿简单地为了成本竞争力而牺牲可靠性。我们相信,当单机功率越来越大时,可靠性会变得越来越有价值和意义。

Q:在三电平技术与产品层面,禾望电气推出了3~12MW低压三电平变流器和5~24MW中压三电平变流器,低压和中压三电平变流器的性能差异与技术难度体现在哪些方面?

A:随着风电单机功率越来越大,逐步分化出低压三电平方案(1140V/950V)和中压三电平方案(3300V)。受制于变流器核心的功率器件约束,低压系统走向多器件并联方案,低压12MW系统需要几百个IGBT器件并联,因此,核心技术在于多器件并联的均流和可靠性方面。禾望电气是业界应用模块并联技术最早、最成熟的公司之一,至今六管并联技术仍是业界翘楚。后期,禾望电气推出的独立母线并联技术,既有利于模块均流,又可在故障时实现损失最小,维护代价最低。

中压三电平方案采用IGCT功率器件,该器件最大的特点就是单管大电流,一个功率模块即可实现超大功率。目前,禾望电气推出的单机12MW中压IGCT方案是单机功率最大的风电变流器。中压的单模块方案可靠性更高,系统效率也更高,正在成为海上风电大功率的一个重要发展方向。未来,禾望电气会继续加大中压大功率的产品研发,下一步将推出低成本高功率密度的16MW中压海上风电变流器。

Q:2021年,禾望电气在高原、海上等细分风电市场推出了一系列具有里程碑意义的产品,在2022年又将推出什么样的产品?

A:2021年,禾望电气实现了5000米超高海拔机型的批量并网运行,10MW中压海上风电变流器批量运行,并为国内首台漂浮式海上风电机组提供了专用变流器。这三款机型基本上代表了风电变流器应用领域的最高水平,是禾望电气在风电领域实力的集中展现。

2022年,禾望电气会继续努力,推出16MW超大功率变流器,并针对未来需求开发大功率海上双馈变流器,为风电发展做好技术储备。

Q:除上述硬件技术外,请谈谈禾望电气在智能化软件技术方面的布局。

A:禾望电气针对风电场运维调试推出的hopeView和风电场物联网hopeCloud系统,已经持续优化发展了十多年,目前功能比较完善,智能化水平较高,得到了用户的一致好评。hopeView可以让客户简单方便地调试设备,并提供智能故障诊断等功能。

hopeCloud将风电机组变流器组成一个物联网络,可以提供远程调试、故障监控、在线升级、远程协助等功能,在海上风电机组运行和维护中发挥出极大的作用。


 
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