單機容量十幾兆瓦，單支葉片百米長，風機大型化趨勢下，一個又一個大型風機的誕生讓人驚嘆，但同時也不禁讓人產(chǎn)生一個疑問——如何讓這些巨無霸更可靠?金風科技風電產(chǎn)業(yè)集團首席技術官、總工程師劉河帶來了答案。
“每個人都知道，要想了解設備是否穩(wěn)定可靠，測試是最有效的驗證手段。區(qū)別在于，我們是把機組放在實際環(huán)境下，花費幾年甚至更長時間才能獲得所需的各種性能測試結果，還是可以通過‘仿真模擬+整機傳動實驗平臺’模擬所有風工況，用2-3個月完成所有驗證。”劉河說，“答案是顯而易見的。”
正是因為這個簡單的答案，在行業(yè)處于較大壓力的2012年，金風科技下決心、開先河，投資建成了當時風電行業(yè)最大的實驗平臺——6~10MW級別整機傳動實驗平臺，那時候國內(nèi)市場主流裝機機型是1.5-2MW機組。6~10MW整機傳動實驗平臺建成意味著公司已經(jīng)做好了下一代產(chǎn)品的實驗驗證準備。該實驗憑平臺至今已累計完成百余臺次整機測試驗證，形成上千條優(yōu)化項，支持了各兆瓦級機組迭代優(yōu)化實驗驗證。同時，依托實驗的極限工況測試，探索突破了眾多原有限制指標，并先后發(fā)布十余項企業(yè)和國家標準。
隨著風電技術的快速發(fā)展，嘗到了實驗平臺助推產(chǎn)品創(chuàng)新、提升可靠性好處的金風科技又投資3億多元，建成全球容量最大、檢測功能最齊全的實驗平臺——六自由度16MW整機傳動實驗平臺，可驗證直驅(qū)、半直驅(qū)和雙饋機組的傳動系、發(fā)電機、變流器、電控系統(tǒng)和多域在環(huán)實時仿真系統(tǒng)，具備35MN*m扭矩測量和70MN*m彎矩測量、超過1000個通道實時在線測量、模塊化可擴展測試系統(tǒng)和0-1.5kHz寬頻電量測試等實驗能力。
“相比于集人類工業(yè)文明之大成的汽車行業(yè)，風電機組要求的實驗測試更加嚴苛。汽車行業(yè)只對傳動系統(tǒng)扭矩進行全方位的實驗測試。風電整機傳動系統(tǒng)所面臨的不僅僅是扭矩，還包括彎矩、推力和徑向力載荷等六個方向上的力和載荷，想要模擬風機運行的所有風工況，必須要有具備六自由度實驗能力的平臺。”劉河表示。
讓風機置身真實應用場景中，金風科技16MW整機傳動實驗平臺能夠模擬IEC標準風工況、GL標準風工況和實際風況。同時模擬出風機葉輪吸收的風能和作用在葉輪中心的扭矩，驅(qū)動測試機組旋轉(zhuǎn)，并模擬作用在葉輪中心的彎矩、推力和徑向力載荷，測試主軸軸承承載能力、疲勞特性、運行可靠性，發(fā)電機結構承受力、氣隙變化等。
以發(fā)電機氣隙變化為例，在發(fā)電機設計中，轉(zhuǎn)子和定子之間的氣隙設計非常關鍵，氣隙越小，發(fā)電效率越高，同時可以節(jié)省銅和磁鋼的材料成本。氣隙的大小和彎矩有很大關系，考慮到變形，在仿真設計時通常會預留氣隙余量，但是預留多少成為一個難題?預留小了，轉(zhuǎn)子和定子可能會因過載變形而接觸，造成發(fā)電機燒損;預留過大會造成大量冗余設計和浪費。
借助16MW整機傳動實驗平臺，這一問題迎刃而解。通過逐漸增加彎矩，金風科技的工程師們可以實時測量發(fā)電機的氣隙變化，尋找到保障安全運行前提下最合適的氣隙余量邊界，實現(xiàn)最優(yōu)設計。
“隨著實驗測試精度的不斷提高，16MW整機傳動實驗平臺能夠更好地將現(xiàn)場工況與仿真測試相結合，充分模擬機組現(xiàn)場運行狀態(tài)，在大型化風機創(chuàng)新設計中識別出真正的短板，同時給真正富裕的地方減負，觸達機組性能的真實邊界。”劉河指出。
16MW整機傳動實驗平臺只是金風科技綜合性清潔能源實驗體系的一部分，再比如穿透至材料端為全尺寸葉片提供靜力試驗、疲勞試驗及主要結構部件試驗的葉片實驗平臺也是這一實驗體系的重要組成部分，它們共同構成了金風科技貫穿零部件、子系統(tǒng)、整機、場網(wǎng)四級的完整實驗體系，成為支撐創(chuàng)新與未來技術發(fā)展的核心動力。今天，該實驗體系正在為風電產(chǎn)業(yè)鏈上的各環(huán)節(jié)企業(yè)提供實驗驗證支撐，促進整個行業(yè)健康高質(zhì)量發(fā)展。
評論