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适应渤中海域超大风轮海上大型集成式半直驱风力发电机组装备设计及应用

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成果主要完成人

李 伟、郝胜峰、朱海飞、张明华、殷桃峰、赵 涛、张 永、刘 辉、侯法垒、刘晓霞

项目概况

2021年海上风电在装机高峰期过后价格快速下行,市场价格战日益激烈。尤其是2022年开始,新增海上风电项目不再纳入中央财政补贴范围,海上风电全面进入平价时代。在市场需求与降本的双重挑战下,风电机组向大型化、精细化的趋势愈发明显。大兆瓦机型的运用,可使海上风电场减少机组台数,显著降低运输、安装、电缆连接等前期配套成本以及后期运维管理成本,同时还有助于提高风电场平均风速,提升风电场的经济性。大叶片和高塔筒的应用可有效降低对最低风速的要求,提升风机利用小时数。因此有必要开发新一代面向山东渤中海域的大容量海上风力发电机。本项目成果研究、制造、应用了全新一代大型半直驱风力发电机组EW8.5-230。该风电机组风轮直径达到230米,搭载S112海上最长碳纤维叶片,其设计、制造、应用在国内均属首创,是国内首个直径达到230米的超大风轮低风速海上大型集成式半直驱风力发电机组,填补了国内中低风速海域平价风电机组的空白,带动了符合市场需求的海上风电制造产业链。该成果基于钝尾缘翼型气动实验,首次提出了雷诺数快速拓展修正方法,形成了修正模型,构建了长柔性叶片高效参数化设计模型,实现了基于可靠钝尾缘翼型特性的叶片高效设计。同时该机组配备了IPC独立变桨传感器与控制技术,成为海上首个批量配备IPC独立变桨控制技术的机组。成果研发了全集成、一体式润滑的紧凑半直驱传动链设计技术,将风机齿轮箱前端与轴系直接集成,齿轮箱采用三级行星结构,有效提升风机运行可靠性。研发了叶根光纤载荷传感器的多机组尾流检测与不平衡载荷协调控制技术,实现了尾流控制与不平衡载荷的协调控制与机组保护。该课题研制的风电机组于2022年9月至12月在山东能源渤中海上风电B场址安装实施,2022年12月实现全部47台风机并网发电。该型风电机组并网运行后,整体运行稳定、可靠,功率曲线优于设计,对渤中海域风资源条件适用性强,可利用率达到97%以上,累计发电9.68亿千瓦时,发电收益3.68亿元。