10MW级海上风电机组技术
海上风力发电技术综述
海上风力发电技术综述1 概况风力发电是世界上发展最快的绿色能源技术，在陆地风电场建设快速发展的同时，人们已经注意到陆地风能利用所受到的一些限制，如占地面积大、噪声污染等问题。
由于海上丰富的风能资源和当今技术的可行性，海洋将成为一个迅速发展的风电市场。
欧美海上风电场已处于大规模开发的前夕。
我国东部沿海水深50 m以的海域面积辽阔，而且距离电力负荷中心（沿海经济发达电力紧缺区）很近，随着海上风电场技术的发展成熟，风电必将会成为我国东部沿海地区可持续发展的重要能源来源。
海上风电场的风速高于陆地风电场的风速，但海上风电场与电网联接的成本比陆地风电场要高，综合来看，海上风电场的成本和陆地风电场基本相同。
海上风电场的发电成本与经济规模有关，包括海上风机的单机容量和每个风电场机组的台数。
铺设150MW海上风电场用的海底电缆与100MW的差不多，机组的大规模生产和采用钢结构基础可降低成本。
目前海上风电场的最佳规模为120～150MW。
在海上风电场的总投资中，风电机组占51%、基础16%、电气接入系统19%、其他14%。
丹麦电力公司对海上风电场发电成本的研究表明，用国际能源局（IEA）标准方法，按目前的技术水平和20年设计寿命计算，估测的发电成本是0.36丹麦克朗(人民币0.42元或0.05美元)/kWh。
如果寿命按25年计算，还可减少9%。
海上风电场的开发主要集中在欧美地区，其发展大致可分为5个不同时期：①1977～1988年，欧洲对国家级海上风电场的资源和技术进行研究；②1990～1998年，进行欧洲级海上风电场研究，并开始实施第1批示计划；③1991～1998年，开发中型海上风电场；④1999～2005年，开发大型海上风电场和研制大型风力机；⑤2005年以后，开发大型风力机海上风电场。
2 海上风环境一般说来海上年平均风速明显大于陆地，研究表明，离岸10km的海上风速比岸上高25%以上。
2 1 风速剖面图海面的粗糙度要较陆地小的多，因此风速在海平面随高度变化增加很快，通常在安装风机所关注的高度上，风速变化梯度已经很小了。
10MW发电机技术参数
1.1 主要技术要求额定功率额定电压12MW 10.5kV 额定功率因数0.8(滞后) 频率50Hz 额定转速1500r/min励磁型式： 无刷励磁冷却方式： 密闭空冷1.2 技术标准发电机，励磁系统，冷却系统以及检测装置等辅助系统的制造、验收和交接试验以国家标准为主要依据。
同时必须符合我国有关安全、环保及其它方面强制性标准和规定。
技术标准应执行合同签订时的最新版本。
各标准之间有矛盾时，按较严格标准执行。
合同设备包括卖方向其他厂商购买的所有附件和设备，这些附件和设备符合相应的标准规范或法规的最新版本或其修正本的要求。
主要技术标准如下，但不限于此：GB755-2008旋转电机定额和性能；GB/T 7064-2008隐极同步发电机技术要求；JB/T 10499-2005 透平型发电机非正常运行工况设计和应用导则；GB1029-2005三相同步电机试验方法；IEC34-1（第十版）旋转电机第一部分--额定值和性能；IEC34-3 汽轮发电机的特殊要求；ANSI C50.10“同步电机的一般要求”ANSI C50.13“隐极式转子的同步发电机要求”GB1441 电站汽轮发电机组噪声测定方法；绝缘等级 F （注：按B 级绝缘温升考核） 短路比 不小于0.5 效率 ≥97.4％ 相数 3 极数4 定子绕组接线方式 YGB50150-2010 电气装置安装工程电气设备交接试验标准；DL/T 843－2010大型汽轮发电机交流励磁机励磁系统技术条件；GB/T 7409.1-2008同步电机励磁系统定义；GB/T 7409.2-2008同步电机励磁系统电力系统研究用模型；GB/T 7409.3-2007同步电机励磁系统大、中型同步发电机励磁系统技术要求。
DL/T596 电气设备预防性试验规程；DL/T801-2010大型发电机内冷却水质及系统技术要求DL/T735-2000大型汽轮发电机组定子绕组端部动力特性的测量及评定GB 1208-2006 电流互感器GB 16847-1997保护用电流互感器暂态特性技术要求2技术要求2.1汽轮发电机组技术要求机组使用寿命.1所有设备的设计和制造应合理，并能安全、稳定和连续运行，在本技术协议规定的各种条件下发电机组的设计使用寿命为30年并且不会引起过大应力、振动、腐蚀和操作困难。
10兆瓦大风机挺进“沙戈荒”,这几项技术为何不可或缺
在市场需求与技术变革驱动之下，中国风电机组大型化发展提速。
目前，6-7MW级别机组成为陆上主力交付机型，8-10MW级别机组开始投向“沙戈荒”风电市场。
“沙戈荒”居于“三北”区域，集中在内蒙古、新疆、青海、宁夏、甘肃等省份。
在大型清洁能源基地规划政策引导下，“沙戈荒”成为推动新能源实现高质量发展的重要抓手。
机组大型化可以捕获更多风能，提高全生命周期发电量，提高土地利用率，增加风电场投资收益。
但机组大型化面临技术认知盲区，传统材料难以支撑技术持续发展需求，长叶片、高塔筒使得载荷增大，影响机组发电效率与安全运行等难题。
同时，“沙戈荒”体量庞大的市场订单正快速转化为落地运行的批量项目，高可靠的重要程度愈加凸显。
安全性是行业可持续发展的基石，为应对大型化发展带来的新挑战，金风科技进行产品技术升级，用新理论、新材料、新架构、新智能、新保障的技术主张，为行业高质量发展“做加法”。
智能感知3.0 随风而动，激光雷达成必选随着风电开发版图进一步扩张，风电场所在区域环境愈加复杂多样。
为更好地确保机组运行安全稳定，需要配套智能感知控制技术。
金风科技推出智能感知 3.0技术，从风-机-场实现数字与物理高精度映射，全面提升环境及设备的感知及预测能力，构建高可靠安全系统。
激光雷达作为智慧的“眼睛”和“大脑”，成为大型化风电机组的必选项。
依托先进智能传感器，通过智能控制算法和分析预测技术对风进行准确描述并实时响应，动态调整机组运行状态实现精准对风，提高机组发电量。
同时，还能够有效降低机组载荷，提高安全性与适应范围，避免复杂风况对机组的不利冲击，预防极端情况带来的危害。
智能感知3.0 防护加倍，叶根载荷监控安全助航大叶轮直径及高塔筒的应用，令风电机组受风剪切、塔影效应、湍流等外界因素影响愈加显著，各类风况容易导致机组叶片气动载荷不均衡，叶片、传动系、塔架等关键部件疲劳载荷与极限载荷凸显。
如何通过控制手段更好地降低机组疲劳与极限载荷成为大兆瓦机组发展的重点与难点。
10MW级海上风电机组技术
低平均 高极端
高温
√√
腐蚀
可达性差
施工窗 口期短
投资成本高
√ √√ √
度电成本示意
主要矛盾：
功率大、风轮大、度电成本低
Vs
零部件设计制造技术成熟度不够、
？
成本高
根据 windmonitor 研究趋势判断 7MW 机组需要 180m+ 风轮直径（高风速机型所需的风轮直径略小， 低风速机型所需的风轮直径略大）。
3957.67
H171-5MW 运行数据
低风速造诣： H151-5MW 机组创造了 2013 年的全球最大风轮记录 H171-5MW 机组创造了 2017 年的全球最大风轮记录，使长江口
以北的低风速海域具备了开发价值，被评为 2018 年度最佳机型， 也被鉴定为海上低风速全球领先。
在使用和协同设计碳纤维、大叶片上积累丰富经验。
98.80
323508.21
3235.08
H151-5MW 运行数据
时间
风机可利用率 %
发电量 MWh
等效满发小时数 h
01 月 02 月 03 月 04 月 05 月 06 月 07 月 08 月 09 月 10 月 11 月 12 月
总计
99.91 97.7 99.49 99.38 95.68 97.42 96 99.05 98.18 100.00 100.00 100.00
压器 ➢ 轴承、齿轮箱、铸造件、锻造件 ➢ 制造、运输、吊装
➢ 变桨系统 ➢ 主轴承系统 ➢ 传动链系统 ➢ 发电系统 ➢ …… .
长度区间、功 率区间的整机
载荷计算
迭代分析
确定叶片长度、 功率等级等
控制降载
整机及零部件 载荷
10兆瓦海上风机参数
10兆瓦海上风机参数引言随着全球对可再生能源的需求不断增加，风能作为一种清洁、可再生的能源形式，得到了广泛的关注和应用。
海上风电作为风能利用的重要形式之一，具有风能资源丰富、占地面积小、视觉污染低等优势，在全球范围内得到了快速发展。
本文将重点介绍10兆瓦海上风机的参数，包括其主要技术指标、结构设计、运行特点等方面的内容。
技术指标1.额定功率：10兆瓦（MW）2.额定风速：11米/秒3.额定转速：9.8转/分4.风轮直径：220米5.风轮旋转面积：38000平方米6.轮毂高度：135米7.风机重量：约1500吨8.设计寿命：25年结构设计10兆瓦海上风机的结构设计需要考虑到海上环境的复杂性和恶劣性。
以下是其主要结构设计特点：塔筒塔筒是风机的主要支撑结构，需要具备足够的刚度和强度，以应对海上风力的挑战。
通常采用钢管焊接结构，通过多节组装而成。
为了减少风机的自重，提高安装效率，塔筒通常采用空心结构。
叶轮叶轮是风机的关键部件，其设计需要考虑到动态平衡、风阻、材料强度等因素。
10兆瓦海上风机的叶轮直径较大，通常由数十片叶片组成，采用玻璃纤维增强塑料或碳纤维复合材料制造，以提高强度和耐腐蚀性。
发电机发电机是将风能转化为电能的关键部件，其设计需要考虑到高效转换、可靠性和耐用性。
10兆瓦海上风机通常采用同步发电机，通过转子与叶轮相连，利用磁场感应原理产生电能。
塔架塔架是连接塔筒和基础的重要部件，需要具备足够的刚度和稳定性。
10兆瓦海上风机通常采用钢管焊接结构，通过多节组装而成，以适应海上环境的复杂性和恶劣性。
运行特点10兆瓦海上风机具有以下运行特点：1.高效利用：10兆瓦的额定功率使得风机能够高效利用风能资源，提高发电效率。
2.适应性强：风机的额定风速为11米/秒，适应了大部分风能资源丰富的海上地区。
3.稳定性高：风机的结构设计考虑了海上环境的复杂性和恶劣性，具备较高的稳定性和可靠性。
4.维护便捷：风机的设计使得维护和保养工作更加便捷，减少了停机时间和维护成本。
10MW风力发电场及电网接入系统的设计
10MW风力发电场及电网接入系统的设计简介这份文档旨在提供一个关于10MW风力发电场及其电网接入系统设计的概述。
本文将讨论设计的背景、系统组成、技术要求和项目计划等方面。
背景随着可再生能源行业的不断发展，风力发电场逐渐成为一种常见的电力供应方式。
10MW风力发电场是一个中等规模的项目，可以为相当数量的家庭和企业提供电力。
为了确保此类项目的成功运行，设计一个高效可靠的电网接入系统至关重要。
系统组成10MW风力发电场及其电网接入系统由以下几个基本组成部分组成：1. 风力涡轮机：采用最新的风力发电技术，10MW风力涡轮机能够高效地将风能转化为电能。
2. 传动系统：将风力涡轮机转动的机械能转化为电能的动力传输系统。
3. 发电机：将机械能转化为电能，并提供稳定的电力输出。
4. 逆变器：将发电机输出的直流电转化为交流电，以便与电网连接。
5. 电网接入系统：将风力发电场产生的电能接入到电网中，以供广大用户使用。
技术要求为了确保10MW风力发电场及其电网接入系统的高效运行，需要满足以下技术要求：1. 高效：电网接入系统应能够最大限度地将风力涡轮机产生的机械能转化为可供电网使用的电能，以提高能源利用率。
2. 可靠：电网接入系统应具备稳定可靠的运行能力，以确保风力发电场的持续供电。
3. 安全：电网接入系统应符合安全标准，以确保人员和设备的安全。
4. 网络适应性：电网接入系统需能够适应电网的需求和变化，保证与电网的稳定连接。
项目计划设计和建设10MW风力发电场及其电网接入系统需要一个系统的项目计划。
以下是一个典型的项目计划：1. 确定项目目标和技术要求。
2. 进行必要的地勘和环境评估。
3. 开展工程设计，包括风力涡轮机选择、传动系统设计、发电机选型、逆变器规划和电网接入系统设计。
4. 获得必要的许可和批准。
5. 开始建设，包括设备采购、施工和测试。
6. 完成建设并进行系统调试。
7. 进行最终测试和验收。
8. 开始商业运营，并与电网接入。
海上风力发电的关键技术
海上风力发电的关键技术１、概述随着海上风电场建设的推进，一些关键技术左右了海上风电场建设的施工周期，掌握了这些关键技术，就能够高质量地完成海上风电场的建设。
海上风电涉及诸多关键技术，以及开发运营、环境和市场潜力。
海上风能项目评估，涉及环境评估、风能评估等。
２、关键技术（1）基础结构由于风电机组的基础往往会承受水动力、空气动力双重载荷作用，因此，需要综合考虑风及波浪载荷、支撑结构和风电机组机头的动力学特性以及风电机组控制系统的响应等因素。
海上风电机组的安装与维护成本远远高于陆上风电机组，这就对其可靠性提出了较高的要求。
风电机组的基础是决定风电机组可靠性的重要因素之一，基础是否稳定对于海上风电机组而言起着至关重要的作用。
常用的基础形式有：①单桩固定式基础；②三脚架固定式基础；③重力固定式基础；④漂浮式基础等。
其中，漂浮式海上风电机组依赖漂浮式基础，由于能够较大程度地利用深海的风能资源，成为深海风能利用的主要方式，目前已有多个国家建立或者正在规划建设漂浮式海上风电场。
相对固定式风电机组，漂浮式风电机组增加了浮式基础和锚泊系统，其外界载荷条件比固定式风电机组复杂，除了受通常的风浪载荷以外，还因漂浮式风电机组本身由于基础漂浮不固定，其漂浮特性对风电机组发电性能也有较大影响，需要考虑漂浮特性对风电机组的影响，如低频响下的漂浮式风电机组塔架的动态响应，漂浮式风电机组叶片和塔架的长周期极限载荷，漂浮式基础的波浪载荷计算和锚泊系统建模，并通过建立漂浮式风电机组的性能分析模型，研究漂浮特性对风电机组发电性能的影响。
分析结果表明，漂浮特性对风电机组的发电性能影响较大，需要针对漂浮式风电机组进行改进设计。
下表所示为某５ＭＷ漂浮式变速恒频风电机组主要技术参数。
５ＭＷ漂浮式变速恒频风电机组主要技术参数（2）场址选择场址选择需要综合考虑多种因素，如：①风资源情况；②项目建设许可；③获得的场址海域使用权；④附近电网基本情况，包括陆地变电站位置、电压等级、可接入的最大容量以及电网规划等；⑤场址基本情况，包括范围、水深、风能资源以及海底地质条件；⑥环境制约，包括当地旅游业、水中生物、鸟类、航道、渔业和海防等负面影响等。
10MW风电机组空气动力设计初探
10MW风电机组空气动力设计初探肖京平1陈坤1, 2刘刚1（1 中国空气动力研究与发展中心，四川省绵阳市，621000；2空气动力学国家重点实验室，四川省绵阳市，621000）摘要：以风电机组系统角度探索了我国未来设计10MW风电机组在空气动力设计方面的一些问题及对策。
从分析风能分布与风速分布关系以及风电机组风能利用系数随风速变化关系出发，研究了风轮基本参数确定方法，并以动量叶素理论为基础，建立了优化设计模型对10MW叶片外形优化设计进行了初步探索，并对风轮性能进行了评估，完成了10MW机组叶片及风轮外形建模。
提出了通过适当提高叶尖线速度及拓宽风轮转速范围，可以达到优化机组塔头质量，节约成本，提高年发电量等多重有利目标的观点。
关键词：10MW；风电机组；风轮；叶片；空气动力；动量叶素理论Preliminary Study on Aerodynamic Design of 10MW Wind TurbineXiao Jingping Chen Kun Liu Gang（1 China Aerodynamics Research and Development Center, Mianyang 621000, Sichuan Province, China; 2 State Key Laboratoryof Aerodynamics）Abstract: Some problems and games about the aerodynamic design of 10MW wind turbine generator system (WTGS) are discussed from system respect. The relationships of the wind energy and the power coefficient of wind turbine changing with wind speed are analyzed, and based on the Blade Element-Momentum Theory, the mathematical model was built for the optimal design of the 10MW blade aerodynamic profile. And the performance of the wind turbine rotor was calculated. The profiles of the blade and the rotor of the 10MW wind turbine are built. The views were proposed that the weight of tower head of wind turbine could be decreased, the cost could be saved, and annual electric production could be enhanced by increasing the speed of the blade tip and widening the range of rotate speed of the wind turbine rotor.Key words: 10MW; wind turbine generator system; rotor; blade; aerodynamic; Blade Element-Momentum Theory引言目前世界上在研的10MW及以上的风电机组大约共有七个，其中包括五个水平轴机组，分别是英国Clipper公司的Britannia、挪威SW AY公司的10MW机组、美国AMSC的SeaTitan™、意大利ICORASS 170（失速型）以及意大利OWT-15 14MW 机组；还有两个垂直轴机组，分别是英国Vertax公司的10MW V AWT机组和英国Arup公司的Aerogenerator X。
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10MW风电机组技术
二〇一九年七月十九日
行业背景
10MW难点及关键技术
10MW研制情况
科技部项目申报情况
1.1国家和地方关于发展大功率海上风电机组的政策规划
（1）《风电发展“十三五”规划》--促进技术自主
创新
（2）《能源技术创新“十三五规划”》--重点任务
（3）《山东省“十三五”战略性新兴产业发展规划》--重点发展产业--绿色产业（4）科技部“可再生能源与氢能技术”重点专项，“面向深远海的大功率海上风电机组及关键部件设计研发”，机组的额定功率不小于10MW。
1.2 市场表现
+64%+97%
+42%
数据来源：CWEA 2018年中国风电吊装容量统计简报--《风能》2019年04期
《风电发展“十三五”规划》
规划指导意义强，10MW级海上风电机组将成为未来海上风电的主力机型。
行业背景
10MW难点及关键技术
10MW研制情况
科技部项目申报情况
H171-5MW 立项开发
2009年
国家海上风电工程技术研究中心成立
2010年2月
5MW 机组研制5MW 样机示范
2012年9月
2015年12月
样机研制
关键技术研究升级换代研究内容演变
项目立项背景
2017年9月
H171-5MW 样机示范
10MW 机组研制
2017年11月
H152-6.2MW H171-6.2MW
时间风机可利用率%发电量MWh等效满发小时数h 01月99.52 30812.35308.12
02月98.97 25829.57258.3
03月98.49 33880.81338.81
04月98.83 31989.27319.89
05月97.29 25473.37254.73
06月98.67 16213.56162.14
07月99.11 37708.16377.08
08月98.36 37558.17375.58
09月98.86 14802.28148.02
10月98.64 13988.84139.89
11月99.31 18480.82184.81
12月99.55 36771.01367.71
总计98.80323508.213235.08
H151-5MW运行数据时间
风机可利用率
%
发电量MWh等效满发小时数h 01月99.911863.33372.66
02月97.71617.74323.55
03月99.492139.08427.82
04月99.381991.42398.28
05月95.681535.8307.16
06月97.42991.74198.35
07月962219.11443.82
08月99.052187.4437.48
09月98.18955.06191.01
10月100.00921.72184.34
11月100.001177.55235.51
12月100.002188.43437.69
总计98.5719788.383957.67 H171-5MW运行数据
低风速造诣：
H151-5MW机组创造了2013年的全球最大风轮记录
H171-5MW机组创造了2017年的全球最大风轮记录，使长江口以北的低风速海域具备了开发价值，被评为2018年度最佳机型，也被鉴定为海上低风速全球领先。
在使用和协同设计碳纤维、大叶片上积累丰富经验。