“十二五”期间我国风电快速发展,风电制造企业逐步掌握了风电整机和关键设备的设计、研发和制造技术,较为完整的风电产业链基本形成,但仍存在自主创新能力不足、产品质量与可靠性有待提高、公共技术服务平台不完善等问题,目前传统的基于现场调试的风电机组研发手段已严重制约风电技术的快速发展。为实现国家《可再生能源中长期发展规划》发展目标,确保风电机组整机及关键部件的设计制造技术达到国际先进水平,风电机组研发重点要解决大型化、精细化、高效化等问题,需建设大型风电公共研发实验平台,支撑风电技术水平的全面提升。
风电机组的运行环境日趋复杂多样,对风电产品及关键部件的质量、运行可靠性和效率提出了更高要求,而试验检测是保证上述性能提升的有效手段,是促进风电机组技术水平提升的有效途径。如何从风电制造大国成为风电制造强国,产品可靠性是重要的评价指标,目前我国尚未建立风电整机及关键部件的可靠性试验平台及评价体系。
在我国风电发展初期,风电机组叶片主要靠从国外引进,风电机组运行中叶片捕风效率与稳定性故障频发,而我国叶片设计与实验能力不足严重制约了相关技术水平的提升和从设计制造初始就避免故障隐患。我国风电发展到目前阶段,需建立风电系统空气动力学公共实验平台,利用风洞人工模拟和控制风电机组空气动力学部件气体的流动情况,研究气体流动与被测模型的相互作用,从而了解实际风电机组空气动力学部件的空气动力学特性;研究风轮叶片在复杂风况下的空气动力学特性,研究风电场流场及复杂地形模拟技术,优化提升风轮叶片的风轮捕获效率与可靠性水平。风电机组风洞空气动力学实验是综合提升风电空气动力学机械机构部件效率与稳定性水平的重要技术手段。
风轮叶片作为风电机组关键部件,成本占风电机组的20%,其设计与生产的可靠性直接影响风电机组的安全性与发电效率。“十二五”期间,我国企业逐渐掌握了风电叶片的设计研发与生产制造技术,但是行业整体处于起步阶段,叶片设计与生产的试验验证能力存在不足。同时,国内尚未完全建立有效的叶片设计与生产的结构安全性试验验证体系,装机运行过程中叶片频繁出现批量化的质量事故,故障率高达0.04次/台年,相关方面甚至提不出有效的事故解决方案。叶片故障频发阻碍了国内叶片制造行业的健康发展,影响了风电机组的发电量,制约了我国从风电大国向风电强国的转变。应在设计与生产阶段对其结构的安全性进行充分的验证,以确保安装的叶片具有稳定的可靠性,满足使用寿命的要求,降低运行维护的费用。目前国内尚未建立能够满足要求的叶片安全性验证平台,风轮叶片模态试验、大尺寸叶片静态试验、疲劳试验、雷击试验等试验检测技术与平台尚未建立,叶片设计与生产的可靠性无法通过试验验证。为确保叶片设计与生产的可靠性,适应未来风电产业的发展,应建立适合海上与陆地风电叶片的有效的结构安全性验证测试评价技术体系与平台,全面提高叶片产品质量,提升我国叶片自主研发能力及产品的国际竞争力。
风电机组传动链主要由主轴、轴承、齿轮箱、发电机、变流器等零部件构成。传动链对于整机性能优劣至关重要,在已出风电事故的统计中,风电机组传动链故障超过风电机组重大故障的50%以上,如轮毂裂纹、主轴问题、轴承问题、齿轮箱故障、发电机故障等,而风电机组传动链故障导致的维修与更换工作耗时长、投资大,影响风电场的效益实现。提高风电机组传动链部件的运行效率与可靠性水平是提升风电机组运行效率的有效手段,需建立大型风电机组传动链地面公共实验平台。依托公共实验平台开展传动链地面测试,可以快速有效地对新技术、新设计、新产品进行试验、测试和验证,及早发现设计问题和安全隐患,达到降低技术风险、减少产品开发费用、缩短研发周期等目的。(www.daowen.com)
目前风电机组正朝着电网友好型和智能化方向发展,将具有主动辨识电网故障并主动参与电网控制、对电网电压与频率提供支持等先进功能。风电机组与电网的交互作用与影响值得深入研究,需研发新型的风电机组数模混合仿真实验技术,研制大型风电机组数模混合仿真公共实验平台,实现实验室环境下快速、高效地开展大型风电机组运行性能试验评估及电网交互影响研究,提前预警、发现和解决大型机组可能出现的运行与电网交互问题,整体提升我国风电机组的研发实验能力。
此外,我国风电采取“大规模开发,远距离输送”为主的开发模式,机组类型、风电接入和送出、电网结构和运行方式多种因素耦合,风电涉网性能和运行特性等日趋复杂多样,风电对电网的影响越来越大,将深度融入智能电网的发展,风电与电网的交互作用与影响需深入研究。电网规模巨大且复杂多样,现场试验与测算基本无法实现,需建立基于大电网的风电场数模混合实时仿真公共实验平台,研究大规模风电扰动对电网运行与保护的影响,研究典型电网故障与扰动时风电机组主动调节与保护技术,通过大量细致的仿真计算掌握大规模风电接入后系统的发展规律和运行特性,从而提升大型风电的主动电网控制与电网安全稳定运行水平。
风电研发实验平台投资巨大,单独的制造企业或科研机构无法负担,迫切需要建立国家级的公共研发实验平台,支撑风电产业的健康发展。
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