“新機型出臺到應用的速度太快了,一年漲兩個兆瓦,每年新出機型的速度比手機出新速度還快。”在近期召開的2022全球海上風電大會上,中國可再生能源學會風能專業委員會秘書長秦海巖感嘆道。
有人用“夾縫中初生,混亂中崛起”來形容中國風電行業的發展史。2001年至2020年近20年間,中國風力發電發展迅猛,累計裝機容量從40萬kw增至2.81億kw,年復合增長率超過41%,是同期全球年復合增長率的2倍。(數據來源:中國可再生能源協會風能專業委員會調研報告、中國電力企業聯合會統計報表)
中國風電行業飛針走線般的快速發展,一方面縫補了國內風電產業的缺口,實現了從無到有;一方面也留下了一些“粗針腳”:如何從有到強?如何又快又穩?
答案其實是公開的秘密:以全面布局的測試驗證體系來保障可靠性。
一份風機測試的高分答卷
近日,電氣風電海燕平臺11MW風電機組在廣東省風電臨海試驗基地完成測試,作為國內已測試的最大單機容量機組,開創性地首次在國內采用兩個6MW測試設備并聯方式進行電網適應性檢測,在試驗基地目前還是弱電網的環境下僅用兩個多月便完成了并網相關的5個測試認證。測試期間,其單日最高發電量達到了232000度電,單日等效滿發小時數達到了21小時,充分驗證了機組優異的發電性能。
值得一提的是,廣東省風電臨海試驗基地是國內首個風電臨海試驗基地,單機最大檢測容量可達24MW。作為國內海上風電大容量機組的“認證檢測服務平臺”與“公共試驗平臺”,電氣風電在該試驗基地擁有2個自有產權的測試機位點。試驗基地鄰近電氣風電廣東汕頭制造基地,未來,在一個園區內完成風機“生產-組裝-認證”將成為現實, “一站式”生產測試認證將進一步提升交付效率。
管中窺豹,從點到線,從線到面
能“考”出如此亮眼的成績,并非偶然,這是電氣風電全流程、全體系規劃布局測試驗證能力的一個必然事件。
2007 萌芽
早在2007年,電氣風電與Aerodyn合作伊始,就吸收了行業最前沿的一整套全生命周期解決方案的理念和經驗,當然也包括:先進的測試驗證方法論。同步,即開始了測試驗證體系的規劃,與TUV、DNV等國際認證機構開展合作,并率先與國際一流測試機構德國DEWI、中國電科院及鑒衡開展功率特性、載荷測試和并網測試的研究,獲得了整機測試驗證的經驗,構建了電氣風電的測試驗證體系的雛形。
2012 發展
電氣風電測試驗證體系全面規劃及發展的契機,始于2012年與西門子開展全面合作時期。在合資合作過程中,電氣風電在PDT產品開發各個環節,全面引入西門子的測試驗證標準。測試團隊多次赴西門子風電丹麥總部參與部件及整機的各項測試,進一步吸收了風電行業最前沿的領先經驗,形成了電氣風電獨有的、國內領先的測試驗證體系。
2018 布局
歷經10余年的建設及發展,電氣風電的測試驗證能力繪就了風電全生命周期解決方案各環節的可靠性“保障網”。
從原材料、部件、系統、整機到風場
覆蓋風電全生命周期
電氣風電副總工程師、工程與技術研究院副院長朱志權說道:“大型試驗平臺的投入巨大,建設周期長,且要保證測試節點和新產品開發驗證同步,我們克服了方案設計、設備采購、專用工具工裝開發、安裝調試等一系列難題,完成測試體系建設中最重要的一環,最終建立了從原材料、部件、系統、整機到風場的測試體系,覆蓋風電全生命周期。”
在摸索過程中,電氣風電組建了自己的V&V(Verification&Validation)團隊,為前期測試驗證體系的建立打下了堅實的基礎,但測試驗證體系的最終建立還要通過建立試驗平臺、配置測試設備來落地實現。
電氣風電擁有20MW大型風力發電機試驗臺,國內最大容量的10MW/20MW故障穿越測試設備,測試能力在國內風電行業處于領先。此外,還擁有發電機旋轉試驗臺、三軸向振動實驗臺、電控系統半實物仿真實驗臺、恒溫恒濕液壓變槳實驗臺、中小部件電網模擬電源系統、機艙全功率試驗臺、激光雷達測風儀、電能質量分析儀等設施。
發電機旋轉試驗臺
大型發電機試驗臺
并網測試裝置
除此以外,電氣風電的多項測試能力均已獲得CNAS認可,如:風電機組整機功率特性曲線、噪聲、電能質量、機械載荷、零部件振動試驗等。
4大測試驗證基地、多個樣機試驗基地
更多基地建設規劃中……
電氣風電通過和業主及第三方機構的合作,在上海臨港、江蘇東臺、福建莆田、廣東汕頭布局有4大測試驗證基地。為了充分驗證樣機的性能和可靠性,電氣風電還在張北試驗基地、福建南日島布局了多個樣機試驗場地,將測試驗證的理念和先進的測試驗證技術融入風電全生命周期,帶動電氣風電測試能力的提升。
除了常規的測試驗證,電氣風電聚焦業內關注的測試難題、難點,還將布局規劃漂浮式機組的測試驗證。同時,為了驗證大容量海上風電機組的電網友好性能,電氣風電還開發了10MW+電網適應性測試設備,以及國內最大的單機10MW并聯20MW的并網測試設備。
合作共贏,整合內外部資源
電氣風電的測試驗證體系,始于外部合作,萌芽于當時一整套全球領先的理論和方法論。而今,測試驗證能力的升級迭代,既基于自身技術研發、項目經驗的積淀,也通過外部合作交流不斷深化。
電氣風電依托自身擁有的全國最大海上風電樣本庫,利用最豐富的海上風電樣本數據,同時充分利用外部測試資源,與國內外一流測試認證機構如DNV、CQC、鑒衡等建立良好的合作關系,積累了豐富的測試數據和經驗。
以測試反哺設計、以測試迭代設計
測試是“終點”更是起點
“在測試言測試”是遠遠不夠的。站在局部看全局,測試是階段性的可靠性驗證的終點,更是全流程、全生命周期解決方案不斷升級迭代的起點。
更為重要的是,測試驗證可以反哺設計、倒逼設計迭代,乃至反哺各流程、各環節的優化提升。
以電氣風電近期完成的11MW機組測試為例,機組測試驗證十分嚴苛,除常規型式測試,還額外進行了40+項的特殊驗證項目。通過機組安裝的100+個傳感器進行信號輸入,驗證機組整機及部件的設計性能,包括整機的冷卻系統、變流器控制系統、臺風模式下的臺風策略等,保障機組在極端惡劣工況下也能可靠運行。
測試完成后,在完成既定目標的基礎上持續優化方案,開展其它專題研究以優化提升整機性能,電氣風電額外列出了20+個專題,每周定期進行專題分析和方案推進。也就意味著:每一次測試,都是風機設計的再出發,在不斷迭代中,最終達到可靠性和成本最佳平衡點的設計閾值。
長坡厚雪,久久為功。電氣風電深耕行業十余載,始終以務實的態度、理性的節奏,不斷積淀。如前文所述:以全面布局的測試驗證體系來保障可靠性其實是公開的秘密。知易行難,測試驗證是一個長期積累、不斷投入的浩大工程,短期內無法驗證產出。然而,這樣難而正確的事,電氣風電一直在堅持。在堅持中,構筑“高可靠、可信賴”的護城河。在堅持中,塑造更堅實的風電未來。