风电机组技术——北京国际风能大会展中报道

主持人：刚才叶杭冶博士把国家科技部7MW做了精彩的介绍，大家还有什么问题提问吗?

提问：7MW风电机组，通过模型分析，通过你们的研究结果，单位千瓦的建设成本，和单位度电成本，和你们以前机型相比，能有多少发展，或者降低了?

叶杭冶：从目前来看，5-7MW单位千瓦的成本，因为单位千瓦的成本涉及到风资源，涉及到风况。毫无疑问，5MW或者7MW的机组制造成本比1.5MW和2MW的机组成本高很多，但是放在海上风资源丰富的地方，度电成本也会提高，但是还是可以考虑的，这个就比较难比较了。但是如果从制造成本来讲，我估计要提高至少50%以上。

提问：放到海上的经验是陆上的一倍左右嘛，我一直考虑这个问题，能不能通过容量的增大，把成本降下来，你们在这方面有没有什么新的研究成果?

叶杭冶：刚才我听了Anton de Roest的介绍，过去我们比较认可，就是陆上机组的成本，大概占到60-70%，如果在海上的话，这个风电机组的成本只占到30-40%，我为什么把机组设计很大呢?我就是为了增大机组的占体。因为你的配套设施是很厉害的，费用很大的，花这么大的配套设施，费用很大，就装一个小的风机，配套设施占80%，发电设施是20%，这样是不合算的。风机很大，这样成本就上去了，后面配套设施投入进去，也可以摊平一些，总的成本不会增加很多。

提问：你们在成本分析这块，有没有新的进展?

叶杭冶：从量化来讲?

提问：建模?

叶杭冶：量化上还没有，定性上就是这样考虑的。

提问：你刚才提到5MW的风电机在沿海使用，这样的风机要耐台风，因为海上风险比较大，我想请教一下你们专业的意见。

叶杭冶：IC1类或者2类。我们是C类。

提问：耐风到几米比较安全?

叶杭冶：如果我们不考虑台风的话，大家都讲了，海上风电有很大的优势，优势是什么呢?假如说在台风情况下，湍流很高，设计强度方面就会增加。

提问：你们规划要测验，这个等级是什么样的?

叶杭冶：最近由我们公司主持起草了中国的国家的标准，叫台风型风电机组标准，前不久已经评审通过了，报批了。我们对风电机组的设计，包括湍流参数取值重新做了固定。比如说我机型装在台风地区，我的设计还要考虑台风地区特定的风况，因为我们风电机组设计当中要计算非常多的风况，非常多的载荷工况，要全部满足载荷工况之后，我的机组才能通过认证，这也是我们设计中要考虑的问题。

提问：你5MW和7MW的机组，各用的是哪家的齿轮箱?

叶杭冶：就是高速的齿轮箱。5MW的齿轮箱是南高池(音译)提供了，7MW的目前还没有最终确定厂家，但是设计还在招标过程中，估计是南高池(音译)。

提问：你们机组目标市场是中国哪块海域?

叶杭冶：从我们合同任务来说，7MW项目可能在渤海湾，主要由大唐集团公司开发的项目，5MW是国电集团支持的，是在浙江。

提问：是没有台风的区域是吗?

叶杭冶：5MW的地方可能要考虑台风。

提问：能不能简单介绍一下变桨系统里面，独立变桨是怎么考虑的?

叶杭冶：独立变桨的概念，最近在大型风电机组里面大家提的比较多，我们在设计当中，我们都会考虑在风电机组采取独立变桨的控制策略。独立变桨主要是风电机组在额定工况附近采用的。因为额定功率附近，我们桨叶角度本来就是不断的调整的，这个时候它的运行载荷也是很大的，独立变桨主要在这种情况下，降低风电机组的运行载荷，减少它的疲劳强度，在这个时候，一定范围采用独立变桨的策略，低风速情况下还是不采用的。独立变桨跟我们统一的变桨，实际上是一个叠加的行为。因为我们通常采用变桨是统一的，但是在采取独立变桨的时候，统一的变桨还是照样用的，我们只是在它上面叠加一个需要调整桨叶角度的指令，有限的调整它，采用独立变桨，主要平衡叶片在空间位置不同载荷的要求。

提问：有一种可能，每个桨叶子的受力载荷怎么考虑呢?

叶杭冶：目前有很多办法，现在用的是通过桨叶叶根的应力，把叶根的应力输到控制系统，然后给控制系统发指令，用光纤传感器。

主持人：我有三个问题。第一个问题，你7MW的工况最高温度是40度，8月份我去了解，如果温度是90度，机舱温度是70度，所以你们的考虑是不是值得商榷，适合中国的环境条件。第二个问题原来选中压，最后是低压，现在兰州的要上高压了，我们科技部的项目过一段时间要比它高(音译)因为现在为了适应电网，只好用690，会马上提高，科技部的项目，它那个是同步电机，作为7MW还要研发变流器，还要研发大功率电机都要研发，当时你们是怎么定的?现在兰州电机2MW，马上要3MW了，5MW，8MW，但是8MW的方案就是，传统系统重量是100吨，5MW的话是71吨。因为你那个已经定了，今后还有后期，因为它是同步电机，同步电机不需要变流器。

叶杭冶：刚才我们讲到了机组设计的环境温度是40度，这个环境温度跟刚才姚老师讲的温度是两个事，机舱的温度表明机组通风设计的比较差，我说的环境温度是大气的环境，大气环境到90度，人全部死光了，大气环境是40度，机舱温度是90度，说明你风机设计有问题，这不是我的设计要求，没达到我的设计要求，所以这个问题，我说的这个温度指自然环境的温度。不是风机发电以后温度升高了，那是需要你解决的问题，我不允许你机舱温度这么高，如果是这么高的话，说明你机组设计的不好，这是我对第一个问题的回答。

第二个问题，从我们专家最终评审的结果来说，认为这样的设计是比较可行的，能够实现商业化。这是我的回答。这完全代表我个人的意见，因为我们已经做了多次的探讨，设计叶片耦合的厂家(音译)，很早年前就跟我做了技术交流，直到最近，不断的向我报告，新的进展情况，我也在关注他们，但是到目前也没有认可，我不认为比我们现在的，采用常规的传动系统，有什么好处?他们可能有他们的优越性，但是我们从商业化角度来考虑。

主持人：我曾经到大阪风电场了，也是6、7月份，你不能老说机器的设计问题，中国的环境就是这样的。

叶杭冶：我们海上风电机组，不是放在沙漠，或者其他里面，是放在海上，海上的环境温度就是40度，所以没必要再做更不切实际的设想，海上的温度不会高于40度的，所以这个设计从认证机构，到我们科技部专家组都认定了，所以确认这样的数值了，我们的环境就是这样的。

主持人：下面请挪威Sway Turbine A/S公司，首席执行官Eystein Borgen先生做关于10MW海上风电机组技术演讲。

Eystein Borgen：我们公司是一个科技公司，也是一个制造商，所以说我们今天来到这里，想要寻求合作者，我也希望他们与我们进行合作，看能不能在中国推广我们的技术。那我今天讲的是科技方面的内容，当然也会谈一下我们每千瓦时的成本，也就是说当我们提高它的尺寸的时候，这个成本可能会降低，也可能会更贵。

我们公司成立于2000年，在挪威，我们发展的非常快。2005年我们开始发展风机，因为这两个技术非常不同，比如说就风机和浮动基础，所以我们在2010年对它们进行了分拆。AS主要负责sway浮动，风机AS主要负责风机，所以我今天主要谈风机的技术问题。我希望介绍一下我们公司的技术，也希望能够与大家合作，我们合作方式或者是颁发许可证或者是技术合作的方式。我们不是一个诸多公司的竞争者而是合作者，我们也不会给你们带来威胁。

我们在最开始发展的时候，主要是海上风能，那今天很多人已经谈论这个问题了。其实海上和陆上的风机样子是非常不一样的，其成本可能也会发生波动，在3-4%之间。当然基础，安装，电缆等等费用也非常重要，也有所不同，所以说我们看到大型的机型，然后我们会通过大规模生产降低其成本，问题就在于我们怎么提高风机的体积，比如说12MW的风机，而不会提高它的成本。当然今天早些时候我们也谈论了这方面的问题。

我们在开发中投入了2300万欧元，所以说投入非常的大，我们也获得了我们石油公司的资助，这是我们国家最大的石油公司。我们希望能够与中国的合作者进行进一步的商讨，看能不能有类似的合作。那么我们应该怎么来解决由于尺寸增加带来的问题呢?

你们可以从我们幻灯片中看到，这与我们平常所见的风机非常不同，中间有一个环，这个环呢，有几十米，25米。实际上当我们增加叶片尺寸的时候，我们就必须要找到其支撑的方法，现在我们在这方面许多公司没有很大的进步，我们采用的这个方法呢，就会增加它的扫列面积，大概是50%。风机的半径是50米，所以说质量就非常的大。

实际上我们的风叶呢就安装在圆环外面，但是如果我们把它往外移一部分的话就可以增加50%的扫列面积，所以说中间这部分必须要充分的利用起来。那风机主要占了质量得大部分，我们必须要着重解决这个问题。

然后这张图呢，是侧面图，我们称之为支撑机构，通过我使用的圆环，可以把各个部分连接起来，从这个部分可以看看，具体包括的内容，大家可以看看我，我整个就像风机一样，站在这里，如果风吹过来我可能左右摇摆，所以需要有很强壮的基础，如果风从我左边吹过来的话。实际上我们现在的结构非常的高效，当遇到风流的时候，我们必须要另当别论了。你看看这张图，我们必须要把所有的这些结构用圆环统一起来，必须有一个支撑结构，来支撑我们整个轮辐，25米的直径在当前的技术来说是不太可行的。

由于我们某一个数据LG是非常难以测定的，我们必须要确保之间连接的非常好，确保这个定子中间的这个铁与整体连接起来。所以说这些力会把整个部分的原件都集合在一起。在这个半径范围内是可以奏效的，如果我们把铁去除的话效率就会降低，因为这样的话，空间就会非常大。但是问题在于，直径这么大，可能就会降低其效率。但是我们的效率是跟平常的发电机是一样的，而且更加便宜，主要是因为我们采取了无铁的系统方式。

我们这个系统的耦合系统也非常不同。实际上这是一个真的空隙发电机，大家可以在图上看一下，实际上我们有两个不同的风轮，系统在运行，当风经过的时候，我们不需要连接方式。我们可以随时置换，因为我们的发电机等于是模块化的设计，所以发电机可以随时进行拆除，一个部分一个部分的上，所以它是非常安全的。因为之前我们有考虑到，在海上维修维护的难度，我们整体的发电机是一个模块式的设计，在这点上是非常安全的。

还有一个很重要的，因为我们有一个非常大的一个转子，转子和发电机是连接在一起的，因为我们的叶片会不断的转动，所以转子和叶片，还有我们的发电机的转子的连接方面，而且连接的部分必须保证整体的转动和晃动在不同的方向进行而且是稳定的，这张图上可以看出，我们的设计是非常灵活的，它可以保证我们所有的部件都可以按照它的方式转动，运动，同时又是连接到一起的。

发电机的边环，实际上为了承重，但是同时又是，我们的变桨系统的圈。实际上我们把发电机边上的圆环和变桨系统的圆环加到一个环上。下一个问题就是说，我们空气空隙的控制。因为我们的转子非常的大，因为它的灵活性是非常大的，同时我们又要能控制它，实际上我们用好几年的时间研发一个软件，把所有的不同的动力，都进行了模式的处理。我们把每一个原件，每一个支撑的系统，还有就是说，我们发电机边上的边环，实际上在风的作用力下来，我们都有这样的运动方式的模型。在整个发电机组上面的，每一个重要的控制点上，我们都知道中间的空气空隙，可能对这点上可能产生的最糟糕的作用，我们都有进行一个监控和计算，而且我们还设计出来一个50%的余量，就是能够让它不会碰撞。

因为我们在定字中间是无铁设计，无铁设计就是说不会生锈。因为它这个发电机里头，有这种永磁，所以转动的时候就会卡卡卡，因为我们这里面没有铁，所以就不会有卡卡卡，所以这方面就不会对它造成太大的压力。我们也考虑到了短路，还有温度，一个方面阳光照射非常强烈，可能会增加空气空隙上面的问题。那么这些都是非常细节上面的设计。因为我们设计的概念是05年就已经有了，所以我们用了8年时间经营总体的，还有包括细节上的设计，而且我们跟专业的制造公司进行了这样的一些接触，这也是为什么今天我到这儿来，把我们的技术介绍出来，然后也是希望能够跟我们当地的一些合作伙伴进行合作。

如果你看这个数据，发电机的重量比一般的正常的发电机要轻50%，它的电磁部分实际上是一样的，但是因为我们的发电机组的结构重量是正常发电机组的50%，所以一般只有157吨相同的发电机组重量可能超过了300吨。叶片的重量，3个叶片，差不多是71吨，那么正常的叶片3个是130吨，所以一起的话，整个系统重量上降低了60%。

我们用的单一的轴承52吨，这个地方实际上用的两个轴承，每一个轴承只有4吨，因为每公斤的重量比它的主轴的重量贵很多，因为主轴用的料就便宜，但是轴承用的料是非常贵，所以两个轴承总共有8吨重，主要的轴承，一方面是我们叶片的轴承，一个是主轴的轴承，这两个连在一起了。我们这个有很多的优势，另外一方面我们重力降低了很多。

作为10MW的风机只有570吨，我们现在的转子是134吨，但是我们还有最新的一些控制系统，还有我们的叶片系统。实际上最新的设计，都是基于同样的设计概念，我们现在的叶片长度是135-185米这样的设计考虑。

发电机的重量能够节省20%，我的演讲材料会议之后会发给大家，因为时间比较有限，我们就过一下。我们维护上面是很重要的，特别是出于投资的考虑，我们所有的设备都是专有的设备，而且都是模块化的可以进行置换，置换的设备我们都设计出来了。主的轴承，还有叶片，这肯定需要海上的吊车，其他的主要部件我们可以用自己相关的设计，就可以来进行置换了。两分钟可以看一下我们风机的设计，它这些部件是怎么运作的，是怎么转动的。那么Sway这个公司是从大公司独立出来的，我们最大的设计是10MW，实际上叶片比正常的叶片长10米，这样能扫到更多的风。你可以看到，中间就像自行车的轮子，中间自行车的轮子，实际上是固定在我们主轴上面的，这个是我们的一个机舱，变桨系统和电动传动系统都是比较传统的设计，它还有一个直升机的升降平台，操作人员可以直接坐直升机到现场。

基础设施适用于所有的普通的基础设施，比如说重力装，有单装，单装活动的太大了。所有的部件都是可以被置换的，额除了很大的部件可能需要相关的专用的吊车，这个是磁块，可以一块一块的取出来，这个是27个，这个可以分块来置换的。我们把它直接放到转子上，这个中间实际上有一个平台能够伸出来，直接把这个磁块放在相关的设备上面拿走，同时就把新的磁块放在上面。这种置换的方式，因为现在的发电机组，整个机组都要卸下来，拿到陆地上才能操作。因为我们整个的都是模块设计，而且我们的转子，实际上也是自己的转子的支撑系统，所以这两个就结合起来了。这种设计的理念，实际上对我们整个行业来说是一个非常大的进步。我们的商业的理念，就是说我们是一个技术公司，我们是要依赖于在座的各位来进行合作，然后进一步把这样的理念推广到市场。

主持人：下一位是台湾风力发电产业协会金属工业研究发展中心秘书长黄聪文。

黄聪文：我会从四个方面跟大家做报告。我们台湾是一个岛，到去年年底我们97.8%的能源是靠进口的，这里面风电占的比值很大。这是我们目前可再生能源的状况和未来的目标。其实我们在2030年希望把可再生能源比例调高。我们现在只有0.43，未来15年我们挑战非常大。这么多可再生能源里面就是风电可能性最大。2015年我们希望把陆地做到2.052MW，海域是866MW。

大家也看过这个资料，英国做过一个研究，台湾风能资源在全球1248个离岸厂址中名列前茅的。关于台风来了怎么办?因为7、8月份台风很强，一年将近20个台风。从南边上来的时候，就很恐怖了，如果真的出现倒掉的话怎么办?那是很大的灾难。目前我们台湾的风机的安装，用的都是国外的风机，这是陆地的情况，国营企业海电占的很大，另外德商装了很多的风力机。这几种风机在台湾都出现过问题。欧洲做的风机，在亚太有点水土不服，因为我们是高温，湿度低的现象。这是我们目前在陆地方面做的风机，包括2000年的时候，我们有660MW的。我们还有小型风力机给大家看一下。

我谈一下目前风能发电产业的现状，我们去年成立台湾风电发电产业协会，目前有59家团体会员。台湾在2015要把示范风场做起来，我们希望借助这个机会推动这个产业，我们希望和大陆合作发展离岸发电的产业。我本身在技术中心是法人研究单位，我们是一个统筹单位。我们和台湾的港口，船只施工技术是很大的挑战，如果没有这个的话，根本没有办法装机。风场开发，动则几百亿的资金，一般小企业是不可能承担的，所以我们有一个联盟，针对产业和金融保险这部分。

这是我们台湾业者，锻件部分，发电机，其他次零件，铸件，齿轮箱，变频器，塔架，水下基础部分，还有船的部分，我们未来离岸厂址一定会有船只，我们有规划做一艘离岸船，还需要施工技术的引进，我们工程顾问的部分，金融保险，也是我们台湾目前的雏形，还有很长的路要走。还有很重要的，是我们港口在哪边?据我了解，大陆都在研究当中，因为我们台湾这边，台中，就在台湾的中间，我们往南，往北，往大陆这边是很适合的地方。为什么挑这个地方?因为每平方米是10吨的承载力，这个码头我们做过改进，而且是自由贸易区，后面有一个园区，离岸电场一定是靠海边的地方。我们离岸风电场在这边是比较合适的。我们成立风电筹备处，未来成立公司，我们明年会启动，会建测试场地，海上装的时候会在这边测试，然后运到外海去。

我们谈到离岸风厂示范计划。这张图是我们台湾的状况，5-20米的地方是1.2吉瓦装机量，20-50米是6.2吉瓦，再深的话，就是我们这个地方，实际上这边有一个黑水沟，这边有很多未知的风险。我们在2030年把3吉瓦的量做起来是我们的目标。这是我们的目标，2030年有600离岸风机，建起3000兆瓦的目标。这是我们目前风机的问题。

这是我们目前我们示范计划里面规定的问题。实际上台湾在离岸风厂面临几个问题，就是环评的问题，环评的问题很麻烦，有海豚，渔民的抗争，这个问题不解决的话，我们可能会遇到阻碍。未来大陆做离岸风厂也会面临同样的问题。

台湾是一个蛮好的工业环境，未来和大家合作的地方，我们也是非常的强，我们的品质方面应该不会太差了，我想未来跟大陆和欧洲各国都有合作的空间，我们政府也支持离岸风厂的政策，希望我们有一个商业合作吸引力的群聚。