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10兆瓦大风机挺进“沙戈荒”,这几项技术为何不可或缺

   2023-12-01 金风装备24690
核心提示:精准仿真模拟,并进行全流程、多层级的充分测试验证是大型化趋势下确保机组质量和运行安全的重要屏障。

在市场需求与技术变革驱动之下,中国风电机组大型化发展提速。目前,6-7MW级别机组成为陆上主力交付机型,8-10MW级别机组开始投向“沙戈荒”风电市场。

“沙戈荒”居于“三北”区域,集中在内蒙古、新疆、青海、宁夏、甘肃等省份。在大型清洁能源基地规划政策引导下,“沙戈荒”成为推动新能源实现高质量发展的重要抓手。

机组大型化可以捕获更多风能,提高全生命周期发电量,提高土地利用率,增加风电场投资收益。但机组大型化面临技术认知盲区,传统材料难以支撑技术持续发展需求,长叶片、高塔筒使得载荷增大,影响机组发电效率与安全运行等难题。同时,“沙戈荒”体量庞大的市场订单正快速转化为落地运行的批量项目,高可靠的重要程度愈加凸显。

安全性是行业可持续发展的基石,为应对大型化发展带来的新挑战,金风科技进行产品技术升级,用新理论、新材料、新架构、新智能、新保障的技术主张,为行业高质量发展“做加法”。

智能感知3.0

随风而动,激光雷达成必选

随着风电开发版图进一步扩张,风电场所在区域环境愈加复杂多样。为更好地确保机组运行安全稳定,需要配套智能感知控制技术。金风科技推出智能感知3.0技术,从风-机-场实现数字与物理高精度映射,全面提升环境及设备的感知及预测能力,构建高可靠安全系统。

激光雷达作为智慧的“眼睛”和“大脑”,成为大型化风电机组的必选项。依托先进智能传感器,通过智能控制算法和分析预测技术对风进行准确描述并实时响应,动态调整机组运行状态实现精准对风,提高机组发电量。同时,还能够有效降低机组载荷,提高安全性与适应范围,避免复杂风况对机组的不利冲击,预防极端情况带来的危害。

智能感知3.0

防护加倍,叶根载荷监控安全助航

大叶轮直径及高塔筒的应用,令风电机组受风剪切、塔影效应、湍流等外界因素影响愈加显著,各类风况容易导致机组叶片气动载荷不均衡,叶片、传动系、塔架等关键部件疲劳载荷与极限载荷凸显。如何通过控制手段更好地降低机组疲劳与极限载荷成为大兆瓦机组发展的重点与难点。

金风科技新一代产品搭载控制增益自寻优和桨距角自寻优技术,降低叶轮面不均衡疲劳载荷,使叶片在复杂环境下具备高鲁棒性,具备优异的风能捕获能力。同时,运用叶片光纤载荷测量技术,通过光纤传感器实时测量机组叶根载荷,并根据实时载荷情况控制,让机组保持出力性能最优状态。当叶根载荷处于安全保护边界时进行保护控制,保证机组运行在安全边界内。在此基础上,还可通过叶根载荷监测有效延长机组实际运行寿命。

碳纤维叶片

高性能轻量化,攻克大型化发展难题

目前,陆上风电机组主流叶片使用传统的玻纤材料,但随着大型化发展,机组匹配的叶片长度相应增加,对其重量、寿命和刚度等提出更高要求。为确保大兆瓦、长叶片机组的安全性,叶片原材料正朝着高性能、轻量化的方向发展。

碳纤维是一种含碳量高于90%的无机高性能纤维,材料硬度高、质量轻、力学性能优异,且耐高温、耐摩擦,被称作“21世纪新材料之王”。相较于玻纤,碳纤维比模量和比强度高,突破了玻纤材料的性能极限,可保障风机叶片在兼顾强度、刚度的同时增加长度并进一步轻量化,支撑大兆瓦机组开发。由此,碳纤维已经成为超长大型风电叶片制造的刚需。

金风科技在行业中率先使用碳纤维叶片。早在2012年,金风科技在甘肃柳园树立起国内首台使用碳纤维叶片的陆上风电机组,创行业纪录。在风电大批量规模化开发,机组大型化发展的当下,金风科技GWH230-10MW机组搭载碳纤维叶片,并配备成熟的独立防雷装置。碳纤维叶片还能够有效缩小叶片根部接口尺寸,大幅增加运输便捷程度。轻量化的碳纤维叶片降低了吊装难度,并节省吊装费用。

GTSim、五级实验验证体系

精准仿真模拟,确保创新技术可靠

精准仿真模拟,并进行全流程、多层级的充分测试验证是大型化趋势下确保机组质量和运行安全的重要屏障。

金风科技以GTSim软件为仿真引擎,用技术突破打开整机设计黑匣子,实现对大兆瓦机组系统设计和运行的底层支撑。基于自研核心工具链、颠覆性设计理念和上下贯通的全方位覆盖工程化方法,定义更精细化的动力学模型,让风机设计更贴合风场运行需求,并通过极端风况与危机事件分析未雨绸缪,破解成本优、性能好、可靠性高难以被同时满足的不可能三角困局,确保客户资产全生命周期运行的低风险和高收益。

金风科技实验中心拥有国内风电行业唯一国家地方联合工程实验室,建立了贯穿零部件级、系统总成级、数字孪生、整机级、场网级五位一体全流程实验验证体系,保障创新技术的准确性和应用可靠性,为风电技术进步提供全面支持。

金风科技始终致力于提供更高质量、高可靠的产品服务,为客户带来更大价值收益。用先进的技术引领行业发展,增厚产业韧性,帮助区域加快能源绿色转型,助力“沙戈荒”焕发新生机。

 
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