在 2017 北京國際風電展覽會上,南京高傳電機制造有限公司研發的“中速永磁集成傳動發電機單元”引全球風電同行的聚焦和矚目,并被展會作為風電行業重大技術突破重磅發布。2018 年北京國際風能展上,他們展示了集成傳動單元的改進升級版。
風力發電機組按其主傳動方式可分為直接驅動型和增速驅動型,典型機型有:直驅永磁風力發電機組和雙饋風力發電機組。近十幾年來這兩種機型幾乎占據了全部的風電市場份額。直驅風機采用低速葉輪與高極對數發電機直接連接的方式,無需齒輪箱、碳刷和滑環,提高了系統的可靠性和傳動效率;雙饋風機由葉輪驅動,經多級齒輪增速后帶動發電機發電。由于雙饋風機的產業鏈配套完善,造價通常優于其他技術路線的機組,同時通過齒輪箱增速比的變化,使得齒輪箱轉速范圍變寬,新機型開發的空間較大。
隨著海上風機大型化發展,這兩種機組均表現出一定的局限性:直驅風機的發電機體積越來越龐大,運輸和起吊變得困難,新機型開發中結構設計和制造工藝更加嚴苛;而雙饋風機其結構復雜且高速運轉的傳動系統,往往伴隨著傳動效率偏低,齒輪箱高速級、發電機滑環的故障率高,且后期維護繁瑣等問題。
隨著風電機組技術發展及海上風電開發環境的復雜化,風電機組技術主流方向發生了微妙變化。中速永磁風力發電機組已經成為繼直驅永磁技術和高速雙饋技術后的第三種主流技術路線,并越來越多地受到國內外風機廠商的關注和認同。中速永磁發電機組采用二級行星增速齒箱,去掉了故障率高的高速級齒輪傳動,把齒輪箱速比降到 35~45 之間(見上圖),把發電機轉速調節到經濟合理的范圍內,降低了貴重稀土磁鋼用量。同時具備了直驅風機的可靠性和高效率,和雙饋風機的成本優勢。近年來國內風機整機廠商,紛紛加入到中速永磁的技術陣營。
根據市場的變化,南京高傳電機公司采用一體化設計的理念,及時開發出中速永磁集成傳動發電機單元,并不斷優化,不僅隔離齒輪箱和電機振動,并使其結構更趨合理,進一步提高了系統可靠性,后期也無需再進行繁瑣的“軸對中”工作,維護更便捷。樣機已在安徽省岳西牛草山風電場安裝 3 年多,經過風電場實際運行考驗和運維故障統計分析表明,采用該集成單元后,風機主傳動鏈故障率降低顯著,達到了預期的產品可靠性設計指標,產品已經取得行業認證。
中速永磁風機技術因其獨特優勢,將成為 6MW 以上大功率未來海上風電風機的主流技術。海上風機維修需租用大型起吊駁船,維修成本高,一直是海上風電發展的難題,也是業主投資海上風電的一大顧慮。南京高傳電機正著手解決這個難題。將在下一個版本的集成傳動單元改進中,開發集成單元易損件的快換結構和風機自架設起吊設備,進行風機傳動鏈易損件的快換自修理,不再讓業主花費高昂的大型起吊駁船租賃費,徹底消除業主這一顧慮。
展覽會上,他們的集成傳動單元和改進方案受到業內專家的普遍關注,期待下一版產品的盡快推出。