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中车株洲所发布多款新机型、新技术!
2023-10-20 来源:中车株洲所
时隔两年,10月17日,风电产业的指南针和晴雨表——北京国际风能大会暨展览会(CWP2023)隆重召开,本次大会以“构筑全球稳定供应链 共建能源转型新未来”为主题,共计吸引1000余家行业企业参展。
 
从“一核三极多点”到着力构建轨道交通装备、清洁能源装备“双赛道双集群”产业发展新格局,中国中车把新能源提到越来越高的战略定位。作为中国中车风电产业链核心企业,中车株洲所将目光聚焦于碳中和背景下全球风电发展所面临的机遇与挑战,携新型风电机组和系统解决方案与风电同仁共话风电新发展,共绘清洁能源发展新图景。
 
 
此次展会上,中车株洲所重磅发布了系列陆上、海上风电机组、国产化风电主控系统、无人值守系统解决方案、特定场址系统解决方案、构网型双馈风电机组在“双高”电力系统下应用研究以及工业听诊技术在风电领域的应用实践等诸多行业前沿的新技术新产品。
 
 
新产品 01
 
14—16MW海上风电机组
 
以海上风电平价为目标,中车株洲所匠心研制了“海平面”系列海上风电机组。该机组基于模块化设计,可实现不同海域定制化开发,努力为业主实现高IRR。针对江苏山东广西等中低风速区域,采用高扫风面积的大叶轮低功率的机组,功率等级覆盖8-12MW;针对浙江福建广东等中高风速区域,并且伴有台风等特性,采用抗台设计的机组,功率等级涵盖14—16MW。通过高效发电的叶片设计、轻量化的的半直驱结构、高容错性的电气系统,致力于成为双碳时代的海上“捕风”利器。
 
 
发电性能优势:采用低尖速比且多轮翼型组合寻优定制化超长柔性叶片设计,经过DNV评估,叶片发电性能在国内外110m+叶片中处于优等水平。
 
整体成本优势:得益于全新设计的半直驱技术路线,传动链较短,重量较优,在大功率机组的批量应用上成本更低。
 
DFX吊安装设计:轮毂和机舱一体式吊装,采用组合单叶片水平吊装等设计,通过各种有效措施,减少总吊装时间,降低风机吊装成本。
 
智能化巡检:使用无人机对叶片、机舱、塔筒、塔基平台、单桩进行全覆盖巡检,消灭了普通运维人员的巡检盲区。
 
智能运维设计:为国内首款增设机舱内轨道巡检机器人的海上风电机组,搭载红外、可见光等传感器设备,实现机舱内不定时、多角度巡检,提高预警能力,且可集成消防等更多功能,降低人员出海运维频率和工作强度。
 
 
10MW陆上风电整机平台
 
10MW陆上风电整机平台为中车株洲所面向沙戈荒和大基地市场而研制的新一代陆上风力发电机组平台,该平台基于模块化设计理念,采用箱变集成顶置+低速轴集成的技术路线,搭载中车在风电领域的核心优质关键零部件以及在材料、器件和算法的核心关键技术,并应用高铁环境适应性的同心多元化技术转移到风电整机产品领域,提升机组结构轻量化和特殊环境适应性,增强沙戈荒环境条件下大功率风电机组的可靠性。该平台还搭载了中车株洲所新一代智能风电场SCADA系统,集成数据故障诊断模型,提供全方位的监测和故障预警。通过无人值守、少人值班的智能化技术开启智能风场运维新模式。
 
 
新技术 02

国产化风电主控系统的研发
 
在国家“加快实现高水平科技自立自强”战略背景下,主控系统作为风电机组的“大脑”,其核心部件和技术均为国外垄断,严重影响国产化生态的构建和推广应用,威胁产业链安全,制约风电产业向高端价值链延伸。攻克PLC硬件架构、编译环境、网络安全以及核心控制算法等主控系统关键技术,构建自主可控、安全可靠、兼顾未来发展需求的主控系统势在必行。中车株洲所依托“可再生能源技术”重点专项“风电机组主控系统关键技术及应用”国家项目以及中车轨道交通领域的“产品积淀”和“测试制造”两块基石,以突破“国产硬件-集成开发环境-先进控制算法-网络和数据安全”等方面的关键技术为目标,研制100%国产化率的工业控制器,为风电行业国产替代应用再树新的里程碑。
 
 
无人值守系统解决方案
 
“无人值守”风电场是风电场未来发展的趋势,保障实现风电场综合利用效益最大化。
 
 
基于中车“云边端”的无人值守系统解决方案以预测性维护为核心,在云边端构建适应于不同场景的故障诊断和预测模型,实现了风电场故障的早预测、早判断、早介入。在风场安装大量先进巡检设备,代替人工对风电场和风机关键部件进行实时监测和巡检,降低人工50%以上。一旦系统监测到故障,将第一时间通知远程售后运维人员,有效提升无人值守风电场运维响应及时性,实现从管理中心到设备的数据流和业务流无缝连接,发挥云侧的资源优势,实现无人值守目标,助力风电场综合利用效益最大化。
 
特定场址系统解决方案
 
随着风电行业的高速发展,风电场的场址条件也变得多样和复杂。高边坡、高湍流、大基地等不同场址都有着其特定的特点。
 
中车株洲所一直致力于研究优化计算方法并提供能够满足不同特定场址适应性要求的系统解决方案。依据风资源评估标准,结合风电场风况数据源,形成高边坡地形风电场风资源评估的方法,为风电机组选址、平台设计、运行风险管控提供技术抓手。针对当前市场逐渐增多的山地风电场高湍流场景,通过精细化地风资源处理、对关键部件加强设计以及基于激光雷达前馈的场群控制策略等措施来满足山地风电场场址的高湍流适应性要求,提高风电场整体发电效率与运行质量。
 
 
高可靠、强安全综合技术解决方案
 
中车株洲所高可靠、强安全技术是基于智能传感设备的深度感知和数据驱动的“增强保护”,以安全导向和机理前推为根研究方向的智慧型解决方案,同时搭载源头型的高可靠的测试验证技术,该技术针对新技术应用开展从技术源头到技术终端的链条式的一致性评估,把控关键技术在大型化机组上的应用符合性和精准性。实现超大型化风电机组全域智慧监测、主动防御决策、自适用控制的解决方案体系。利用载荷、时空、环境、状态的实时测量,再搭配先进的自适应控制和决策判断,保障机组在复杂工况下的运行安全和可靠。
 
 
机网交互仿真验证平台技术实现
 
该平台贯穿风电机组并网原理设计+数字化仿真验证+半实物仿真验证各环节,为风电机组并网方案及策略提供虚拟验证平台。实现风电机组与电网的融合设计,保障风电机组并网可靠性和安全性。在风电机组电网主动支撑策略的合理性、不同电网架构风电机组运行稳定性、异常电网状态环境风电机组机电响应特性、风电机组源网协同控制方案等方面进行充分的研究及验证。
 
构网型双馈风电机组在“双高”
 
电力系统下应用研究
 
中车株洲所通过对构网型风力发电机组电气-机械联合仿真技术、构网型风力发电机组载荷评估及并网协同控制技术研究,实现了5.xMW、6.xMW构网型双馈风力发电机组安全稳定的并网运行。针对风力发电机组低阻尼、抵抗扰性、弱惯量、宽振荡等特性,中车株洲所构建了“部件-设备-场站”系统级的并网仿真平台和并网检测试验室。开展了构网型双馈风力发电机组控制参数整定、载荷评估、转矩响应、模式切换、电网适应性、电能质量等多种并网特性的仿真和试验。构网型机组适应于SCR≤1.1的弱电网环境,自主向电网提供惯量、电压支撑,同时可以实现黑启动和独立组网的功能。

工业听诊技术在风电领域的应用实践
 
随着国内风电项目单机容量的一再提高,风电机组大型化进程再提速。针对当前超大机组全面监测方式存传感器需求量大、成本高、监测不及时、不全面等问题,中车株洲所研发了基于音频的机组异常监测系统——风机“顺风耳”,该系统依靠无接触麦克风精准识别叶片异常、偏航异常、轮毂异常等各类问题,具有安装方便,覆盖面广,准确率高的优点。有效提升无人值守风电场运维响应及时性,开启智能风场运维新模式。
 
 
作为一家有责任感、有使命感,技术能力领先,战略布局合理,发展步伐稳健的风电装备制造商,中车株洲所在发挥自身优势的同时,坚持以客户需求为导向,不断迭代更新产品和解决方案,不断完善产品性能及平台建设。
 
 
 
未来,中车株洲所将持续依托“材料、器件、算法”三大根技术,深耕交通和能源两大赛道,坚持创新驱动、科技先导,推动装备制造迈向高端化、智能化、绿色化,为推动我国实现绿色能源转型升级,助力中国式现代化建设提供重要的科技力量和装备支撑。
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