《我国科研人员研发风轮直径超200米海上风电机组》

  • 来源专题:中国科学院文献情报先进能源知识资源中心 |领域情报网
  • 编译者: guokm
  • 发布时间:2019-11-07
  • 记者从重庆市科技局高新技术处获悉,中国海装的科研人员成功研发设计H210-10MW 海上风电机组,风轮直径超过200米,填补了我国超大型海上风力发电机组的空白。

    记者了解到,中国船舶重工集团海装风电股份有限公司(简称“中国海装”)科研人员设计的海上风电机组单机容量为10兆瓦,叶轮设计直径210米,是我国首台叶轮直径超过200米的风电机组,已获得中国电力科学研究院颁发的设计认证证书。

    中国海装研究院院长韩花丽说,目前在我国海上风电机组中,发电量效果最好的是叶轮直径171米的5MW风电机组,其单机一年可以发出近2000万度电。而10MW 风电机组一经投入使用,其单机一年的发电量则可达到约4000万度电,以每户一年用1000度电来说,可以保障4万用户一年的用电量。

    目前,海上风电已经可以直接通过输配电到达电网。韩花丽说,风能作为一种新型能源,分布广阔,取之不尽用之不竭,能够大幅增加新能源电量供应,降低新能源的发电成本,海上风电的发展空间很大。

    据介绍,研究人员共耗时两年设计完成H210-10MW海上风电机组。接下来,该机组将进入生产环节,计划主要应用在福建和广东一带。

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    • 伴随着猎猎作响的海风,由东方风电研制,18兆瓦直驱海上风电机组矗立在海平面上。该机组不仅突破重重科技壁垒,还是目前已下线的全球单机容量最大、叶轮直径最大的直驱海上风电机组,单叶片长度就可达42层高楼,甚至能够在80米每秒的狂风中屹立不倒,堪称“庞然大物”。近日,东方风电的技术人员带着机组的核心技术亮相天府科技云服务大会。 据介绍,如此一个“庞然大物”,每一个部件与技术上都做到了完全自主知识产权。其中最关键技术的创新与突破有哪些?华西都市报、封面新闻记者采访了东电集团机械设计研究所高级工程师甄红亮。 新式结构助力高效发电 东方风电技术人员周超告诉记者,在机组的内部结构上,东电的研发部分实现了很多突破。第一个突破便是打破了此前风电机组的“惯例”,做到了变压器与变流器的上置,将变压变流器的位置由塔基变为机组的上半部分。这一创新将大大减少机组的调试速度,变相优化了产品的性能。 第二个突破是采用了超高功率的发电机。“我们能做到在发电功率相同的情况下,比同行所有的发电机质量更轻,这代表着安全指数与经济效益的双重提升。”周超称,该发电机的材料利用率与经济性同样做到了技术上的领先。 42层楼高叶片“高空亮翅” “最令人称道的突破其实是叶片。”周超称,该海上风电机组的叶片被业内称为“超长柔性叶片”,流线型叶片的长度不仅做到了全球最长的126米,单单叶片就与42层楼的高度比肩。其形状与材料也均在相应领域有了突破。 它的“柔性”体现在哪里呢?周超称,技术部门通过软件迭代,成功地设计出了高流线型叶片,能够最大程度上减少空气阻力对发电效率的影响。而弯扭耦合自适应降载技术更是确保了机组的安全性与稳定性。 除此之外最引人关注的就是叶片所用的“特殊”材料,“与同类型竞品相比,在材料选用上我们能做到完全领先。”甄红亮表示,该叶片在传统的玻璃纤维叶片上更进一步,在主梁帽等关键位置采用了目前稳定性更好,被称为“新型材料之王”的碳纤维结构。碳纤维拥有更高的强度和模量,其主要应用于航空航天、高级轿车、高级文体用具等领域。从强度和重量上来说,碳纤维是制造叶片的最佳材料,但是其受限之处一直在于高昂的成本。“这次在设计上我们有的放矢,在最主要的承载结构上运用了碳纤维材料,而在次要结构上继续运用国际上非常成熟的玻璃纤维,达到了叶片强度与经济成本上的平衡。” 风力发电减少碳排放 在2023年6月发布的《新型电力系统发展蓝皮书》中,我国风力发电的装机规模已经达到3.9亿千瓦,占我国发电总装机的14%,同比增长13.7%。“我国近海和深远海150米高度、离岸200公里以内且水深小于100米的海上风能资源技术可开发量为27.8亿千瓦,目前海上风机累计装机仅为3000多万千瓦,利用率不足1.1%,未来开发潜力巨大。这为风电进一步发展提供了广阔的发展空间。”甄红亮强调。机组满发时,每转一圈即可发出38度电,按照理想状态,单台机组每年就可以输出7200万度清洁电能,可满足4万户普通家庭一年的生活用电,可节约标准煤2万余吨、减少二氧化碳排放5.5万余吨。 庞大机组也能“远航” 谈到项目组未来可能的技术进步,甄红亮表示,把机组“移栽”到离海岸线更远的深海技术已经开始研发,不久将成熟。 “目前我们的发电机组都是在近海,通过基础与大陆架相连。当水深超过100米后,传统固定基础的成本急剧提高,导致经济性较差,而漂浮式依靠系泊系统与海床连接,水深增加带来的边际成本增幅较小,更具边际成本优势。因此,海上风电的发展正呈现出由浅海到深海、由固定式到漂浮式的变化趋势。”甄红亮称。 可是,在波涛汹涌的深海,充斥着大风、湍流、高浪、急流等复杂、恶劣的外部环境,这样的庞然大物该如何“驻足”呢?对此,甄红亮也给出了答案。他表示,目前漂浮式基础借鉴了海上油气平台的技术,“可以理解成抛锚的大型轮船。” 经过多年的积累,东方风电在一体化仿真、船型设计、水动力分析、系泊系统、控制器、浮体结构等设计方向已具备完整的研发能力、所开发的海上漂浮式基础已完成了水池试验,且独立完成了采用混凝土浮体的7MW-186漂浮式风电机组的详细设计。
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    • 8月29日,我国拥有完全自主知识产权,全球最大26兆瓦级海上风力发电机组在山东完成吊装,为我国风电向深远海挺进提供技术支撑。 此次吊装的26兆瓦级海上风电机组由超过3万个零部件构成,轮毂中心高度相当于50多层居民楼高,其风轮扫风面积达7.7万平方米,是目前全球单机容量最大、叶轮直径最长的海上风电机组,并且实现全国产化设计制造。 吊装完成后将对机组进行调试完成机组并网,并网后,单机每年输出1亿度电,可满足5.5万户家庭一年的用电需求。 发电能力可媲美传统小型风电场的海上巨无霸 此次安装的最大挑战,在于“高空精准作业”与“复杂场地限制”的双重考验。要在近200米高空完成200多根连接螺栓的毫米级对接,同时需应对滩涂地基承载力不足、施工场地狭小的问题。为此,施工团队创新采用“桩基加固法”强化地基稳定性,同时调用全球最大的4000吨级履带式起重机承担吊装任务,通过“地面预调平+高空精准协同”的方案,确保机舱平稳就位。 为了应对我国大部分海域盐雾腐蚀强、夏季台风多等特点,本次吊装的风力发电机组不仅采用了全密封结构防盐雾腐蚀方案,让风机能够更好地在海上满足25年的使用寿命需求,并配置了软硬件相结合的双重抗台风技术方案,减小大风的影响,可抵御17级超强台风。 专家介绍,这次机组采用的新技术,可以在提升可靠性的同时,大幅压缩整机体积与重量。与18兆瓦海上风电机组相比,它的整体尺寸基本相当,重量仅增加10%。机组设计可覆盖20兆瓦至26兆瓦容量区间,能适配不同风区、不同海域的开发需求;按额定工况计算,它每旋转一圈可发出62度电,单机年发电量媲美一座传统小型风电场。 我国海上风电产业加速挺进深远海 近年来,我国海上风电关键技术不断取得突破,依托江苏、山东、浙江、广东等地的全产业链布局,我国海上风电产业加速从近海开发向深远海迈进。 数据显示,今年上半年,我国海上风电累计并网装机容量4420万千瓦,占全球海上风电总装机量的一半以上。随着大容量机组推广与深远海项目落地,预计到2030年,我国海上风电装机将达到1.5亿千瓦,海上风电发电量占东部沿海地区用电量比重将达到约10%。