江苏中车电机：20MW级风力发电机研发提上日程_王芳.pdf

市场|Market38 风能 Wind Energy 本刊|王芳江苏中车电机：20MW级风力发电机研发提上日程近两年,不管是陆上大基地项目、分散式风电项目,还是海上风电项目,降价都异常显著。陆上风电机组（不含塔筒）的平均报价从 2020 年的 4000 元/千瓦降低至 2022 年的1800 元/千瓦左右,海上风电机组（不含塔筒）平均报价从 2020 年 7000 元/千瓦降低至3400 元/千瓦左右,这给风电全产业链带来巨大的压力。当价格信号沿产业链层层传导时,属于风电机组核心部件的发电机受到的冲击尤其强烈。中车株洲电机江苏公司（下称“江苏中车电机”）副总经理、总工程师李华,对此深有感触。为了应对激烈的市场竞争,发电机企业不得不在降本增效的“狭路”中进行创新。全链条降本增效江苏中车电机作为风电行业主要发电机及变压器制造商与服务商,早在 2003 年即进军Market|市场2023年第02期 39 风电行业。近些年,为了应对价格竞争,该公司聚焦全生命周期成本管控,从产品设计、工艺过程、物料采购、生产制造等全链条开展降本增效工作。关键部件的国产化及自主化是发电机降低成本的“大头儿”。江苏中车电机已逐步采用国产部件及材料,此举不但使发电机成本有所降低,而且推动了国内关键部件的市场应用,有效解决关键部件“卡脖子”问题。在设计方面,江苏中车电机通过精准设计降低设计冗余,利用三维仿真设计手段,实现部件轻量化设计,同时注重新技术、新材料的应用等,实现设计降本；通过设计工艺制造一体化,并对于关键工序采用自动化技术,实现效率提升。“当前,风电部件市场发展逐步趋于统型化,不但节省了物料、库房管控成本,生产制造防错率、模具利用率也有所提升,同时有利于部件厂家批量化生产,提高效率,减少后期运维的难度。”李华告诉风能。技术路线全线出击2021 年以来,随着国际大宗材料价格持续上涨,以及国内风电去补贴等因素的影响,各大整机厂商纷纷调整产品技术路线。从目前国内外风电技术路线来看,考虑到稀土、铜材等大宗物料价格的上涨等因素,陆上风电机组以双馈技术路线及中速永磁技术路线为主,更具经济优势；考虑到海上极端环境条件、海上风电场运维及超大单机容量需求等因素,海上风电机组以中速永磁技术路线及直驱永磁技术路线为主,具有更高的可靠性。面对技术路线可能存在的变化,江苏中车电机多手准备,大力推进并布局各类技术路线产品设计、研发以及后市场配套服务。目前,该公司已形成直驱永磁、中速永磁、高速永磁、双馈、异步等各类机型完整的产品型谱,功率等级覆盖 118MW,其产品运行于平原、高原、高海拔、近海及深远海风能资源区,并搭建了418MVA 级变压器平台,涵盖油浸式变压器及干式变压器。如此多的产品型谱,会不会分散精力,造成不必要的浪费？对此,李华解释道：“市场上多种技术路线并存,因此,我们要把技术路线搭全、搭好,针对不同机型完善技术路线、开展新技术创新和技术储备,同时还会针对诸如轻量化、智能化等市场通用性追求,做精做好平台。如此,才能使公司在行业技术变革下始终保持较强的竞争力。”让发电机“聪明”起来“智慧时代”已至。在新一轮工业革命的浪潮下,近两年所有制造业都在加快工业 4.0进程,以拉大制造能力与产品成本的差距。2021 年伊始,江苏中车电机通过“风力发电机全寿命运行监测和故障诊断系统建设”“数字化智能制造产线”“数字化检测系统”等项目,实现智能产品、智能产线及智能检测系统的打造。比如,“智慧风力发电机数字驾驶舱”可实现发电机设计、装机、运行及运维等数据的一站式管理,实时显示发电机在风电场的运行情况。“智能制造产线”和“数字化检测系统”可实现制造智能化,减少人工制造偏差,提升生产效率、质量一致性和产品可靠性。“依靠对发电机温度、振动等参数属性的实时监测,平台能够掌握发电机运行情况。同时,结合关键部件故障数据模型,可以预测发电机使用寿命。这样做的好处是可以 防未病,评估发电机可能出现的问题,及时安排运维,不至于造成损失再去弥补。这些测试运行积累的数据,有助于将故障模型修正得更加准确,为提高产品在各种场景的可靠性立下战功。而产线上的自动化,可替代那些人力完成有困难的环节,例如螺栓紧固智能设备完全按照程序操作,能够保证螺栓安装的精准度高度一致。引入这些数智化设备虽然会增加前期投入,但市场|Market40 风能 Wind Energy 从长远发展来说,其提质增效的威力会逐步显现。”此外,在生产流程、人员管理与服务等方面,江苏中车电机也全面完成了数字化转型升级。向深远海风电领域进军海上风电正在朝着深远海超大容量漂浮式方向迈进。据统计,全球 80%海上风能资源在水深超过 60 米的海域。随着水深增加,漂浮式技术的经济性逐渐凸显,据欧洲风能协会（WindEurope）预测,到 2030 年年底,全球漂浮式风电装机容量将达到 1500 万千瓦,市场前景广阔。江苏中车电机自 2013 年进军海上风电市场以来,先后开发出 518MW 级海上直驱及中速永磁风力发电机,拥有 10 年的海上风电发电机设计开发及运行积累。2021 年至今,江苏中车电机先后下线国内首台漂浮式风力发电机,以及全球单机容量最大的漂浮式风力发电机产品,标志着其正式迈入深远海风电领域。在产品研制中,江苏中车电机聚焦发电机高性能设计、高使用寿命设计、高防腐性设计及高可靠性设计,针对漂浮式海上风电机组负载工况开展模块化高承载能力漂浮式轴系、大倾角大摇摆幅度下润滑系统、高盐雾高湿热下密封性绝缘及磁极等关键技术攻关,有效保证配套漂浮式海上风电机组高效、可靠运行。“相比于固定式海上风电机组,漂浮式海上风电机组偏摆角度翻倍,波浪载荷、振动显著增大,设计难度极高。此外,结构件的紧固、绝缘、防腐,电气、散热等,都需要经过验证并取得第三方认证才能应用。成功的背后凝聚着许许多多工程师的心血、智慧和经验。”李华感叹道。20MW级风力发电机研发提上日程时至今日,我国风电机组技术的进步速度要快于国外。国外最大单机容量海上风电机组仍停留在 16MW 水平,国内目前已在开发 1820MW；国外最大单机容量陆上风电机组发展至 7MW,国内则率先完成 910MW 机型的研发。未来 23 年,江苏中车电机将在现有成熟产品平台上继续大力创新。针对陆上风电,将推出10.XMW 及以上大功率风力发电机。针对海上风电,将推出 20.XMW 及以上超大容量风力发电机。同时推出海陆通用型风电产品,满足运行条件更苛刻、应用场景更多元化的需求。风电整体技术水平的提升,离不开各个关键部件技术的发展。发电机属于传统领域,技术相对成熟。“发电机企业将重点关注与风电机组的机械系统及电气系统相匹配,保证各系统高度匹配。”李华向风能表示,江苏中车电机将加强与上下游企业的协同创新,从机组系统级及供应链部件级角度寻求降本增效新路径,促进产业链健康发展。