2017年10月16日-19日,2017北京國(guó)際風(fēng)能大會(huì)(CWP2017)在北京隆重召開(kāi)。在中國(guó)國(guó)際展覽中心(新館)E2館創(chuàng)新劇場(chǎng),上海電氣風(fēng)電集團(tuán)有限公司杭州研發(fā)中心主任吳立建以及上海電氣風(fēng)電集團(tuán)有限公司總體室室主任許移慶先生就“高品質(zhì)的大容量海上永直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)”作主題演講,分享了上海電氣在大型永磁直驅(qū)發(fā)電機(jī)的一些創(chuàng)新理念和做法。徐易慶分享了上海電氣在漂浮式風(fēng)電方面的一些技術(shù)進(jìn)展。
吳立建:各位專家,各位領(lǐng)導(dǎo)、各位同仁大家好,我今天做這個(gè)報(bào)告題目是御風(fēng)晉海,一直在路上,報(bào)告分為兩個(gè)部分,我作的這部分是高品質(zhì)的大容量海上永直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī),我的身份首先是上海電氣的副總工程師,是一個(gè)研發(fā)中心的主任,同時(shí)我也是浙江大學(xué)的一名教授,所以我本身是從技術(shù)的角度,我們?nèi)绾巫龊煤I系挠乐彬?qū)風(fēng)風(fēng)力發(fā)電機(jī),我的報(bào)告分為四個(gè)部分,首先我們先探討一下什么是風(fēng)力發(fā)電機(jī)的高品質(zhì),我會(huì)介紹一下凈現(xiàn)值全局優(yōu)化,再提出基于風(fēng)險(xiǎn)決策風(fēng)力發(fā)電機(jī)的優(yōu)化技術(shù),最后再展望一下未來(lái),我們的模塊化設(shè)計(jì)技術(shù)。
什么是風(fēng)力發(fā)電機(jī)的高品質(zhì),什么樣的發(fā)電機(jī)才能成為高品質(zhì)的發(fā)電機(jī),對(duì)此對(duì)于電機(jī),我們的馬偉民院士曾經(jīng)提出了四高一低一多這樣的要求,所謂的一低就是提出來(lái)低排放,四高高功率密度、高可靠性、高適應(yīng)性以及高兼度,一多就是多功能復(fù)合,四高一低一多也是非常適合我們風(fēng)力發(fā)電機(jī)的特點(diǎn),因?yàn)樘幵诟?jìng)爭(zhēng)比較激烈的行業(yè),所以我在這個(gè)基礎(chǔ)上加了一條低成本的要求。所以我們可以看出來(lái),我們的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的要求,實(shí)際上是很多的,這樣就會(huì)很復(fù)雜,實(shí)際上是一個(gè)很復(fù)雜多目標(biāo)的優(yōu)化問(wèn)題。我們?cè)谶@個(gè)研發(fā)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的時(shí)候其實(shí)是非常困難,這樣目標(biāo)很多,所以對(duì)于這樣一個(gè)多目標(biāo)的問(wèn)題,我們?nèi)绻龊盟脑?,大家都很希望能夠把所有的指?biāo)簡(jiǎn)化到一個(gè)指標(biāo)上來(lái),這樣還是這樣的問(wèn)題,究竟什么樣的風(fēng)機(jī)是最好的,在我看來(lái)對(duì)企業(yè)來(lái)講,有一個(gè)簡(jiǎn)單的標(biāo)準(zhǔn),就是最賺錢的風(fēng)機(jī)是最好的,這樣一來(lái)其實(shí)我們就可以基于凈現(xiàn)值之優(yōu)化我們的風(fēng)機(jī),找到一個(gè)盈利最佳的風(fēng)機(jī)方案。凈現(xiàn)值NPV大家都知道這個(gè)概念,簡(jiǎn)單來(lái)講就是結(jié)合當(dāng)前的盈利,所以它反映了成本與收入的差異。以凈現(xiàn)值為目標(biāo)的全局優(yōu)化,實(shí)際上就是把我們對(duì)于多個(gè)目標(biāo),比如需要滿足高功率密度、高可靠性以及低成本多個(gè)目標(biāo)轉(zhuǎn)化成以MPV為單一目標(biāo)的優(yōu)化技術(shù)。
我這里講兩個(gè)例子,首先第一個(gè)比如永磁體,大家都知道永磁體是很高的,同時(shí)也是永磁發(fā)電高于其他的原因,我們可以持續(xù)改善發(fā)電機(jī)的效率,從而增高發(fā)電量,提高我們的產(chǎn)出,但是我們會(huì)發(fā)現(xiàn)在增加永磁的時(shí)候,永磁體因?yàn)閮r(jià)格很貴,所以發(fā)電機(jī)的成本會(huì)持續(xù)的增加,非常顯著的增加,如果綜合兩方面的因素可以看到,實(shí)際上有一個(gè)最佳值,我們這個(gè)方案當(dāng)中可以看到,永磁替載19毫米左右,同樣的如果增加發(fā)電軸向長(zhǎng)度的時(shí)候,發(fā)電機(jī)的效力也可以得到持續(xù)的提高,但是也會(huì)顯著增加發(fā)電機(jī)的成本,如果我們綜合兩方面的因素,也可以找到一個(gè)MPV凈現(xiàn)值最佳的軸向長(zhǎng)度。這些其實(shí)都是以MPV凈現(xiàn)值為目標(biāo)的單目標(biāo)的優(yōu)化,相對(duì)來(lái)說(shuō)比較簡(jiǎn)單,但是在風(fēng)力發(fā)電機(jī)的開(kāi)發(fā)過(guò)程當(dāng)中,實(shí)際上是很復(fù)雜,有多個(gè)目標(biāo),如果我們做這個(gè)事情,技術(shù)路線首先是這樣子的,首先要從設(shè)計(jì)到制造,到運(yùn)輸,以及安裝,再到后面的運(yùn)維,整個(gè)全生命周期各個(gè)環(huán)節(jié)當(dāng)中,我們首先要去捕獲這個(gè)需求,把需求都捕獲到,這點(diǎn)很重要,如果說(shuō)在某一個(gè)環(huán)節(jié)的需求沒(méi)有捕獲到,假如說(shuō)我們發(fā)現(xiàn)運(yùn)輸有很大困難,運(yùn)輸需要成本的,成本在開(kāi)發(fā)階段都要考慮到。捕獲到這些需求的時(shí)候,我們就形成了需求數(shù)據(jù)庫(kù),然后我們?cè)谛枨髷?shù)據(jù)庫(kù)的基礎(chǔ)上,進(jìn)行需求的分析,這樣就可以提煉出優(yōu)化科學(xué)問(wèn)題的描述,這個(gè)優(yōu)化科學(xué)問(wèn)題的描述首先有什么樣的目標(biāo),約束變量,再有優(yōu)化變量的集合,哪些東西可以優(yōu)化它,最后需要一個(gè)風(fēng)機(jī)系統(tǒng)多維的耦合的模型,即使基于今天非常發(fā)達(dá)的計(jì)算平臺(tái),要做這樣的事情也是很困難的,首先困難之處就是這個(gè)計(jì)算量是非常的巨大,我們要做這個(gè)事情,第一個(gè)要解決的問(wèn)題就是我們需要準(zhǔn)確而快速的模型,我們上海電氣從零開(kāi)始打造了很多的平臺(tái),做了很多細(xì)致深入的研究,所以在電池?fù)p耗、冷卻,包括硬力等等多個(gè)專業(yè)、多個(gè)模塊打造了很多準(zhǔn)確的計(jì)算平臺(tái),光有準(zhǔn)確的計(jì)算平臺(tái)還是不夠的,因?yàn)樗挠?jì)算量確實(shí)是很大,所以我們還需要計(jì)算平臺(tái)的快速性。所以我們?cè)谶@塊也建立了比較快速的,也是很準(zhǔn)確的,可以說(shuō)在全球也是處于領(lǐng)先水準(zhǔn)的計(jì)算平臺(tái),只有基于快速的計(jì)算平臺(tái),我們的以MPV為目標(biāo)的全局優(yōu)化才具有現(xiàn)實(shí)的可行性,難度還是很大的。
難點(diǎn)之二就是風(fēng)力發(fā)電機(jī)的研發(fā)牽涉到多個(gè)專業(yè)、多個(gè)部門甚至多個(gè)單位、多個(gè)企業(yè)的合力系統(tǒng),所以它實(shí)際上包含了很多模塊,比如說(shuō)發(fā)電機(jī)、變頻器、葉片以及主控,這些必然會(huì)需要這些模塊形成循環(huán)地帶,在很大程度上增加我們研發(fā)優(yōu)化的難度,如何做好這些事情,需要打破這些專業(yè)模塊之間的隔閡,需要整合一個(gè)系統(tǒng)的、準(zhǔn)確的快速的模型平臺(tái)。同時(shí)為了準(zhǔn)確的計(jì)算分析風(fēng)力發(fā)電機(jī)的成本,因?yàn)樵谟?jì)算凈現(xiàn)值的時(shí)候,還需要計(jì)算成本,實(shí)際上我們還需要建立更加開(kāi)放的供應(yīng)鏈系統(tǒng),以上是介紹了凈現(xiàn)值的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的研發(fā)。
下面我要介紹一下基于風(fēng)險(xiǎn)決策發(fā)電機(jī)的優(yōu)化,前面說(shuō)我們可以通過(guò)效率、計(jì)算發(fā)電量,再分析到成本,最后可以得到每個(gè)方案的凈現(xiàn)值,然后去選擇一個(gè)最佳的方案,是不是我們得到凈現(xiàn)值之后,凈現(xiàn)值最優(yōu),就足夠支撐我們做出一個(gè)明智的選擇,實(shí)際答案也是未必的,比如說(shuō)我這里給出了兩個(gè)方案。方案二比方案一略高,但是方案二的成功率比方案一低很多,如下僅僅以凈現(xiàn)值最優(yōu)作為判斷標(biāo)準(zhǔn)的話,我們肯定要選擇方案二,但是如果大家來(lái)做這個(gè)決策的時(shí)候,我相信大部分人是傾向于選擇方向一的。這就是說(shuō)明光有MPV凈現(xiàn)值最優(yōu),實(shí)際上是不能夠支撐我們做出一個(gè)明智的選擇的。這就需要我們?cè)陲L(fēng)力發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)過(guò)程當(dāng)中,還需要引入風(fēng)險(xiǎn)決策的方法,風(fēng)險(xiǎn)決策本身是一個(gè)很成熟的理論了,本身從運(yùn)籌學(xué)里面過(guò)來(lái)的,所以有一系列很成熟的方法和理論。我這里就以期望值收益最大的比較經(jīng)典的風(fēng)險(xiǎn)決策數(shù)為例,來(lái)解釋如何做這個(gè)事情。比如說(shuō)對(duì)于一個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī),假設(shè)我們有兩個(gè)方案,方案一它有它的狀態(tài),有可能99%成功的,還有1%的可能是其他的狀況,每個(gè)狀況的時(shí)候,我們就可以去分析它出現(xiàn)的概率,同時(shí)每一個(gè)狀況有它對(duì)應(yīng)的凈現(xiàn)值計(jì)算出來(lái),方案一可以看出來(lái),假設(shè)有兩個(gè)狀態(tài),可個(gè)狀態(tài)你可以計(jì)算它的凈現(xiàn)值,有MPV1、還有MPV2,MPV1和MPV2都有它對(duì)應(yīng)的概率,這個(gè)時(shí)候很難說(shuō)出方案一它的凈現(xiàn)值究竟是多少,實(shí)際上存在概率分布的可能性。我們實(shí)際上這個(gè)時(shí)候就需要計(jì)算它的期望收益,期望收益計(jì)算的方法就是MPV1X對(duì)應(yīng)的概率,合在一起,最后得到方案一和方案二的期望收益,進(jìn)行對(duì)比我們選擇一個(gè)最大的期望收益作為最后的方案。
實(shí)際上在風(fēng)機(jī)開(kāi)發(fā)過(guò)程中我們知道是面臨很多風(fēng)險(xiǎn)的問(wèn)題,所以包含了很多風(fēng)險(xiǎn)決策的問(wèn)題,這個(gè)是講的很籠統(tǒng)的,所以用這個(gè)方法可以應(yīng)用到各種風(fēng)險(xiǎn)決策的上面,比如說(shuō)我們開(kāi)發(fā)一個(gè)新的風(fēng)機(jī),我們可能有兩個(gè)選項(xiàng),用以前小的風(fēng)機(jī)進(jìn)行擴(kuò)容,也可以重新完全開(kāi)發(fā)一個(gè)新型的風(fēng)機(jī),新型的風(fēng)機(jī)我相信它的性能更高、產(chǎn)出更高,但是代價(jià)和風(fēng)險(xiǎn)更大,這個(gè)時(shí)候如果這樣去做,我們可以科學(xué)的選擇哪一個(gè)方案更佳。
這個(gè)是采用風(fēng)險(xiǎn)決策的方法來(lái)做,實(shí)際上我們還可以更方便的方式去增加每一個(gè)方案的期望收益,比如說(shuō)這里我們就需要很準(zhǔn)確的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的手段,還是以在永磁直驅(qū)風(fēng)機(jī)一個(gè)很重要的風(fēng)險(xiǎn)為例,這個(gè)重要的風(fēng)險(xiǎn)就是永磁就可能會(huì)退磁,過(guò)去我們一直是很害怕的,如果仔細(xì)的去分析這個(gè)問(wèn)題,就會(huì)發(fā)現(xiàn)永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)要退磁實(shí)際上是要滿足很多的條件,才能夠發(fā)生,首先它需要非常高的溫度,這樣高溫的條件概率是很低的,同時(shí)它要滿足滿載運(yùn)行的條件,在中國(guó)的風(fēng)廠當(dāng)中,滿載的概率也不高。其次它還需要在短路的情況下,在短路的情況下才可能發(fā)生,短路的概率其實(shí)就是非常低,并且光有短路還不一定能讓它退磁,必須退磁在非常重要的、非常危險(xiǎn)最壞的時(shí)刻,才可能把永磁給退磁了,所有概率乘在一起才是我們退磁的概率,所以最終退磁的概率是極低極低。實(shí)際上我們其實(shí)可以想辦法去降低這些概率,比如說(shuō)想降低退磁概率,我們想想怎么樣降低短路的概率,短路的概率真的很低,如果你想辦法降低一下,其實(shí)是很有效的,能夠提高最后期望收益的手段,這是比較簡(jiǎn)單的方法。我們?cè)谶^(guò)去分析這些問(wèn)題的時(shí)候,我們的模型并不是很準(zhǔn)確,這就是風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估手段了,過(guò)去我們?cè)诜治霰热缯f(shuō)永磁退磁的情況下,我們得出了很多結(jié)論,某些方案是退磁了,這些方案就被排除在求解之外,就槍斃掉了。我們上海電氣在這一塊也打造了很多準(zhǔn)確的模型,特別是退磁分析的模型,我們發(fā)現(xiàn)在過(guò)去認(rèn)為可能退磁的方案,實(shí)際上它并不存在退磁的風(fēng)險(xiǎn),這樣一來(lái)其實(shí)就是可以顯著,以前這些方案是很好的,最后槍斃掉了,我們現(xiàn)在可以選用它,這樣就可以非常有效的提高方案的期望收益值。
另外一個(gè)我們采用的手段,在風(fēng)機(jī)制造過(guò)程當(dāng)中,引入了大量的智能制造技術(shù),這個(gè)智能制造技術(shù)其實(shí)可以減小我們制造過(guò)程中的產(chǎn)品質(zhì)量的離散度,同時(shí)減小它的瑕疵率,這樣就可以降低設(shè)計(jì)當(dāng)中負(fù)面狀態(tài)的概率,從而提高方案的期望收益,達(dá)到降低度電成本。
接下來(lái)我再展望一下我們海上風(fēng)電未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì),這個(gè)問(wèn)題其實(shí)大家一直在思考,我從國(guó)外回來(lái)之后,也一直在思考這樣的問(wèn)題,其實(shí)過(guò)去大家一直認(rèn)為大型化是個(gè)趨勢(shì),到今天為止,實(shí)際上我還是認(rèn)為大型化是風(fēng)電發(fā)展的主流趨勢(shì),特別在風(fēng)電這一塊,占比其實(shí)只是一部分,很大一部分成本在運(yùn)維,在基建這一塊,所以如果說(shuō)能夠增加單機(jī)的發(fā)電量的話,就可以有效降低風(fēng)電的度電成本。在這里我要強(qiáng)調(diào)的是,不僅僅是容量上的,最為關(guān)鍵的實(shí)際上是轉(zhuǎn)矩等級(jí)的提高,比如說(shuō)同樣的容量等級(jí),我們可以增加葉輪直徑,隨著葉輪直徑的增加本身也是一種大型化,因?yàn)槿~輪直徑的增加就意味著風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速,就對(duì)于發(fā)電機(jī)提出了更高轉(zhuǎn)矩的需求,這個(gè)時(shí)候發(fā)電機(jī)必然要增大的,對(duì)于同樣的容量等級(jí)葉輪增大的時(shí)候,發(fā)電機(jī)的體積是變大的。為了實(shí)現(xiàn)大型化,在海上風(fēng)電我們?cè)趺慈プ瞿??我覺(jué)得在這里模塊化還是一個(gè)最為有效的技術(shù)路線,假如我們能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)模塊化安裝,有能夠?qū)崿F(xiàn)模塊化的部件的更換,特別是能實(shí)現(xiàn)在現(xiàn)場(chǎng)模塊化不見(jiàn)得更換,我相信海上風(fēng)電未來(lái)的發(fā)電趨勢(shì)會(huì)迎來(lái)巨大的突破,謝謝大家,下面請(qǐng)我們的副總工許移慶介紹下面的一部分,海上風(fēng)電的移動(dòng)式基礎(chǔ)。
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許移慶:各位上午好,剛才我們同事吳總給我們分享了上海電氣在大型永磁直驅(qū)發(fā)電機(jī)的一些創(chuàng)新理念和做法,接下來(lái)我想分享漂浮式方面的一些技術(shù),說(shuō)到海上風(fēng)電,我還是要回顧一下風(fēng)電發(fā)展的歷史,因?yàn)閺母髸r(shí)間的角度,我們可以找到以后風(fēng)電的發(fā)展會(huì)是在哪個(gè)方向。大家知道人類對(duì)風(fēng)的利用很早,可以追溯到公元前,那個(gè)時(shí)候可能主要都是用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn),用于航運(yùn),但是人類用風(fēng)來(lái)發(fā)電,這個(gè)歷史只能追溯到1888年。第三張圖片的機(jī)組大家可以看到,這就是當(dāng)時(shí)用來(lái)第一臺(tái)發(fā)電的機(jī)組,風(fēng)輪直徑只有17米,但是葉片卻有144個(gè),隨著風(fēng)電技術(shù)的發(fā)展,基本上在一百年后又從這臺(tái)機(jī)組發(fā)展了定速定槳的機(jī)組形式,但是定速定槳機(jī)組并沒(méi)有在風(fēng)電的歷史上待更長(zhǎng)的時(shí)間,接著馬上被變速變槳風(fēng)電技術(shù)所代替。
當(dāng)陸上風(fēng)電在大規(guī)模發(fā)展的時(shí)候,在1999年又把陸上機(jī)組這個(gè)技術(shù)搬到了海上,但是對(duì)于我們國(guó)家來(lái)說(shuō),我們?cè)陉懮习l(fā)展的時(shí)候,并沒(méi)有像國(guó)外那樣發(fā)展的順利,因?yàn)槲覀冊(cè)诎l(fā)展陸上風(fēng)電的時(shí)候,碰到了很多特殊的環(huán)境,大家很清楚,比如說(shuō)現(xiàn)在碰到的低風(fēng)速、超低風(fēng)速,碰到的臺(tái)風(fēng)、超復(fù)雜的風(fēng)電廠,還有一些低溫的影響,當(dāng)然有些個(gè)別的技術(shù)、環(huán)境可能在國(guó)外已經(jīng)碰到過(guò),但是更多這些環(huán)境是我們國(guó)內(nèi)在發(fā)展海上陸上風(fēng)電所碰到的問(wèn)題,很多問(wèn)題我們已經(jīng)得到了逐步的解決。而對(duì)于海上我們?cè)?010年安裝了國(guó)內(nèi)的第一個(gè)海上風(fēng)電廠,接著現(xiàn)在2017年短短的7年,大家可以看得到國(guó)內(nèi)沿海從南到北,海上風(fēng)電基本上已經(jīng)全面鋪開(kāi)了,所以我們從這個(gè)來(lái)看就知道,以后海上到底會(huì)發(fā)展到什么程度,發(fā)展到什么樣的方向,我們從這個(gè)大的實(shí)驗(yàn)組上面可以感知到。
我們國(guó)內(nèi)發(fā)展海上的時(shí)候跟陸上實(shí)際上是碰到了同樣的問(wèn)題,海上也并不是一帆風(fēng)順的,我們?cè)?年前建第一個(gè)海上風(fēng)電廠的時(shí)候,同樣碰到了很多國(guó)外沒(méi)有碰到的問(wèn)題,第一張圖我們可以知道,我為什么在下面是叫首次使用多樁承載技術(shù),我們?cè)?006年的時(shí)候一直跟很多合作伙伴去籌建第一個(gè)海上項(xiàng)目,在這個(gè)過(guò)程中我們碰到了很多問(wèn)題,比如說(shuō)在歐洲用了很多單莊技術(shù)形式,技術(shù)也很成熟了,但是這些技術(shù)形式已經(jīng)積累的經(jīng)驗(yàn)在國(guó)內(nèi)并不適應(yīng),因?yàn)槲覀兊暮I蠈?shí)驗(yàn)實(shí)在太差,所以他們的技術(shù)并不適用我們現(xiàn)在的風(fēng)電廠,我們?cè)趺崔k,現(xiàn)在還記得當(dāng)時(shí)這個(gè)機(jī)組是怎么出來(lái)的,我記得有一次跟國(guó)外的同行交流,把他帶到我們東海大橋上去參觀,他到東海大橋以后,他說(shuō)你們東海大橋都能建起來(lái),我相信海上技術(shù)對(duì)你們來(lái)講應(yīng)該是比較簡(jiǎn)單的,也許我們聽(tīng)了他這句話,通過(guò)設(shè)計(jì)院的努力,我們就誕生了重力式基礎(chǔ),這種技術(shù)形式不僅解決了運(yùn)里程很厚,承載力不夠的問(wèn)題,同時(shí)也解決了當(dāng)時(shí)沒(méi)有安裝設(shè)備的困難,因?yàn)槲覀儎倓傞_(kāi)始海上風(fēng)電的時(shí)候,并沒(méi)有那么好的船,即使能夠把技術(shù)設(shè)計(jì)出來(lái),并不一定能把它安裝上去。
第二張圖大家可以看得到,我們以前可能單樁技術(shù),包括多樁技術(shù)都有導(dǎo)管架,后來(lái)我們到了國(guó)內(nèi)來(lái)以后,就一直在問(wèn)這個(gè)問(wèn)題,也許大家節(jié)的這個(gè)問(wèn)題非常簡(jiǎn)單,為什么用這個(gè)過(guò)渡段,我們不是用的很好嗎,為什么你們要取消這個(gè)過(guò)渡段呢?后來(lái)我們就在想這個(gè)問(wèn)題,然后別人就沒(méi)有答案,我們從國(guó)外也找不到答案?為什么不能把它取消掉?當(dāng)時(shí)給我們解釋說(shuō),第一因?yàn)樾枰{(diào)頻,因?yàn)榇驑洞虻拇怪倍炔粔?,很難保證,所以需要過(guò)渡段,在裝塔架上面的時(shí)候需要調(diào)頻,第二打樁的時(shí)候把樁頂給打壞,打變形,所以你沒(méi)辦法跟上面的塔架直接進(jìn)行接觸,當(dāng)然這可能是當(dāng)時(shí)用過(guò)渡段的最開(kāi)始的想法,但是我們想既然你要解決這些問(wèn)題,如果我通過(guò)其他的方式解決這些問(wèn)題,是不是可以不用這個(gè)過(guò)渡段了呢?后來(lái)通過(guò)我們國(guó)內(nèi)風(fēng)電同仁的努力,現(xiàn)在我們這個(gè)風(fēng)電段已經(jīng)被取消了,基本上現(xiàn)在已經(jīng)不用過(guò)渡段了,國(guó)外的一些同行現(xiàn)在也借用這個(gè)方式,不用過(guò)渡段的,所以我們?cè)诙潭痰?年時(shí)間里面,我們?cè)趪?guó)內(nèi)海上就已經(jīng)取得了很多的突破。
我們海上取得了這么多突破,來(lái)回顧一下,再把這個(gè)目光更遠(yuǎn),往更遠(yuǎn)的深海遠(yuǎn)海上去看一下,現(xiàn)在是什么情況,這幾張圖大家很清楚。第一張漂浮式技術(shù),大家很清楚了,并且研究了很久,我們2017年裝了商業(yè)化運(yùn)行。第二個(gè)技術(shù)有點(diǎn)特殊,因?yàn)樗玫牟牧喜皇卿摰?,用的是混凝土,四個(gè)空心的混凝土柱子。第三個(gè)結(jié)構(gòu)是剛剛在DTU水槽里面做完測(cè)試的(英文)漂浮式技術(shù)的結(jié)構(gòu),三種結(jié)構(gòu),第一、第二種都有示范項(xiàng)目的樣機(jī)在做,第一種用的就是西門子的技術(shù),第二種今年已經(jīng)把它拆除了,因?yàn)樗鼈冞@個(gè)項(xiàng)目想做一個(gè)更大機(jī)組的示范。
我們看到的是那些技術(shù)的研究,我們現(xiàn)在看一下這些技術(shù)有沒(méi)有示范的一些項(xiàng)目,對(duì)于我們風(fēng)電從業(yè)者來(lái)說(shuō),看到這些示范項(xiàng)目安裝的時(shí)候,我們都是很激動(dòng)的,對(duì)于第一臺(tái)機(jī)組也是世界上第一個(gè)漂浮式示范項(xiàng)目的機(jī)組,也是用西門子2.3兆瓦的機(jī)組,而且這臺(tái)機(jī)組運(yùn)行的還是很好的,我們也看到了它運(yùn)行的一些數(shù)據(jù)。對(duì)第二個(gè)機(jī)組,應(yīng)該是(英文)2兆瓦的機(jī)組,這個(gè)機(jī)組也是2011年裝的,現(xiàn)在2017年剛剛把它拆除掉,因?yàn)樗麄円鲆粋€(gè)更大的項(xiàng)目示范。第三張和第四張是福島未來(lái)項(xiàng)目做的示范,第三張圖片日本用的是5兆瓦下沉線的技術(shù),第四張用的MHI7兆瓦的技術(shù),它的技術(shù)形式類似于第二種技術(shù)形式,這么多技術(shù)形式,大家一看好像沒(méi)有國(guó)內(nèi)的,那么我們現(xiàn)在國(guó)內(nèi)怎么做?像做海上固定基礎(chǔ)式一樣,看到國(guó)外有很多經(jīng)驗(yàn)的時(shí)候,國(guó)內(nèi)一定會(huì)在這個(gè)基礎(chǔ)上一定會(huì)去開(kāi)發(fā)出自己的示范項(xiàng)目,然后推廣到我們自己的風(fēng)電市場(chǎng)上面去。
非常榮幸的是,我們現(xiàn)在國(guó)內(nèi)馬上就要建第一個(gè)漂浮式的示范項(xiàng)目,而我們上海電氣就是這個(gè)示范項(xiàng)目主要的參與者之一,當(dāng)然發(fā)展漂浮式技術(shù)的時(shí)候,我們像陸上風(fēng)電、海上風(fēng)電一樣,也碰到了很多跟國(guó)外環(huán)境不一樣的問(wèn)題,碰到了很多的挑戰(zhàn)。首先大家都知道漂浮式技術(shù),大家認(rèn)為應(yīng)該是水深很深的地方,水太淺了第一大家認(rèn)為沒(méi)有太多經(jīng)濟(jì)效益,第二好像也不是太容易裝,但是在國(guó)內(nèi),我們的海水很淺,在這種情況下,我們?cè)趺崔k?我們能用(英文)嗎?當(dāng)然不行,能用第二種技術(shù)形式嗎?也不行,第三種現(xiàn)在在測(cè)試,沒(méi)辦法用,怎么辦,我們像陸地固定式基礎(chǔ)一樣,尋找一個(gè)適應(yīng)自己海上漂浮式的方案,我們?cè)诤I献隽撕芏喾桨?,示范?xiàng)目在東海,這個(gè)項(xiàng)目地點(diǎn)離案大概有70公里,但是水深卻只有40米的水深,大家想想40米的水深我們卻要做漂浮式基礎(chǔ),怎么做,是不是可以換一個(gè)地點(diǎn)呢?換到其他的地方,但是其他水深都是很淺的,比如渤海平均水深18米,黃海平均水深44米,東海平均水深達(dá)到300多米,但是我看了一下,我們調(diào)查了一下,它這300多米并不是真實(shí)的,我們不能用漂浮式技術(shù),因?yàn)闁|海往外海推的時(shí)候,有一個(gè)海潮,那里的水深很深,最大能達(dá)到兩千多米,是因?yàn)槟莻€(gè)水深把我們東海的平均水深拉到300多米,但是如果把我們的離岸距離到150公里的話,我覺(jué)得我們的水深也許只有40米那樣,我們?cè)趺崔k?一定要發(fā)展出一種漂浮式的技術(shù),能適用于四五十米左右水深的海域,并且它的經(jīng)濟(jì)成本是以后能夠承擔(dān)的。
我們通過(guò)各種各樣方式的比選,找到了第二種方式,第二種方式大家可以看一下,實(shí)際上它有一點(diǎn)類似于半淺式和TRP結(jié)構(gòu)的結(jié)合,當(dāng)然這個(gè)方案也是出自于首次使用海上固定式技術(shù),現(xiàn)在漂浮式示范項(xiàng)目計(jì)劃是在2019年,所以從前年開(kāi)始,就在籌建這個(gè)項(xiàng)目,應(yīng)該怎么去做,怎么找到很好的解決方案,這是找到了其中的一種,但是隨著時(shí)間的推移,我們會(huì)找到更多的方案,為什么?因?yàn)槿绻也坏礁玫慕鉀Q方案的話,我們的海上可能會(huì)止步在那里,但是我在PPT開(kāi)始的時(shí)候就講,我們已經(jīng)展示了風(fēng)電發(fā)展的歷史,實(shí)際上這個(gè)歷史過(guò)程你是阻擋不住的,也許今天我們擔(dān)心漂浮式技術(shù),海這么淺,漂浮式技術(shù)成本這么高,我們會(huì)去做它嗎?也許我們現(xiàn)在回答可能是不,但是我們把目光再往前推,再往后推,也許這個(gè)回答就是肯定的。所以我們非常堅(jiān)定的相信,我們中國(guó)在未來(lái),在深遠(yuǎn)海上面一定會(huì)推出去,也一定會(huì)走出去,而且基于示范的項(xiàng)目,我想我們上海電氣也會(huì)和合作伙伴一起,來(lái)找到一些更好的漂浮式技術(shù)的解決方案。在做漂浮式技術(shù)的時(shí)候,這個(gè)是因?yàn)樗顔?wèn)題碰到的一些挑戰(zhàn),在做具體項(xiàng)目的時(shí)候同樣碰到了很多其他具體的技術(shù)細(xì)節(jié),比如說(shuō)我們的水太淺了,如果用這個(gè)半淺式加上TRP的結(jié)構(gòu),它的擺動(dòng)幅度實(shí)際上是不能太大的,如果太大的情況下面,不僅對(duì)機(jī)組不穩(wěn)定,另外這個(gè)技術(shù)還可能觸碰到海床,在這種情況下我們是不允許它觸碰到海床的,如果水深很深就不會(huì)發(fā)生這個(gè)問(wèn)題,如果水很淺,隨著運(yùn)動(dòng),它是可能碰到海床的。所以我們不僅要控制它的擺幅和大小,可能控制的比其他的漂浮式技術(shù)控制得更準(zhǔn)確、更精確。另外還要控制頻率,比如說(shuō)擺動(dòng)的頻率到底有多大,控制到什么樣的范圍,需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)波浪的情況調(diào)整頻率。但是這個(gè)頻率調(diào)整呢?我們主要是通過(guò)基礎(chǔ)的機(jī)組結(jié)構(gòu)來(lái)調(diào)整,在這中間怎么平衡,因?yàn)闄C(jī)組調(diào)了之后,會(huì)改變機(jī)組的一些情況,比如說(shuō)尺寸、重量,但是這一改變以后,可能又會(huì)影響到這個(gè)基礎(chǔ)在40米的水深下,可能沒(méi)辦法做一個(gè)漂浮式的技術(shù),所以怎么樣在你控制之間,在載荷之間找到一個(gè)平衡,然后做出一個(gè)完美的方案。
所以對(duì)于示范性項(xiàng)目的挑戰(zhàn),當(dāng)然我剛才表述了只是我們遇到挑戰(zhàn)中很少的一部分,后面碰到的挑戰(zhàn)還會(huì)很多,但是我相信我們風(fēng)電的同仁一定會(huì)把這些問(wèn)題基于國(guó)內(nèi)的條件,一個(gè)個(gè)跟它擊破。
我記得我們?cè)?012年參加世界風(fēng)能大會(huì)的時(shí)候,那個(gè)時(shí)候在世界風(fēng)能大會(huì)上面他們提出來(lái)說(shuō)一個(gè)計(jì)劃,在一些社區(qū)或者在一些局部區(qū)域里面,要提上百分之百可再生能源,也就是在5年前,當(dāng)時(shí)我們?cè)谥v可能一個(gè)社區(qū)比較小,覺(jué)得百分之百可再生能源是可以實(shí)現(xiàn)的。5年之后,麻省理工大學(xué)的教授提出來(lái)一個(gè)更宏偉的藍(lán)圖,也就是到2050年,全世界139個(gè)國(guó)家實(shí)現(xiàn)百分之百可再生能源,當(dāng)時(shí)提出來(lái)的時(shí)候,在座的各位可能都知道,也許大家都在懷疑這個(gè)問(wèn)題,覺(jué)得2050年是否能夠?qū)崿F(xiàn)這個(gè)百分之百可再生能源,通過(guò)大家懷疑,通過(guò)大家的探討,通過(guò)大家的討論,通過(guò)大家的交流,我覺(jué)得到今天可能大家對(duì)這個(gè)目標(biāo)更有信心。為什么?大家可以看得到,到2050年可再生能源如果能實(shí)現(xiàn),我們風(fēng)電大概占了42%,接近一半的份額,但是我們?cè)傧胍幌氍F(xiàn)在風(fēng)電占到所有用電量的百分之多少,可能只有個(gè)位數(shù),這么大的量我們?cè)趺慈浹a(bǔ)。2010年建了第一個(gè)海上風(fēng)電項(xiàng)目,到目前為止我們也建了很多,但是離目標(biāo)還有多遠(yuǎn),我們不用懷疑這個(gè)目標(biāo),為什么不用懷疑?因?yàn)槲覀冞€有很多資源在那里,近海的資源已經(jīng)逐步在開(kāi)發(fā),我們剛才講的,我們的海上資源,我們近海資源在開(kāi)發(fā),我們的遠(yuǎn)海資源可能更多,那么我們?cè)趺礃尤ラ_(kāi)發(fā)遠(yuǎn)海的資源,如果我們能夠把陸上的資源,把近海的風(fēng)資源以及深海的資源都能利用起來(lái),我想這一天肯定能夠?qū)崿F(xiàn)我們最終的百分之百可再生能源。
我們上海電氣一直從事于陸上海上風(fēng)電的發(fā)展,現(xiàn)在海上風(fēng)電在國(guó)內(nèi)裝機(jī)容量已經(jīng)遙遙領(lǐng)先,但是我們覺(jué)得我們做的還不夠,因?yàn)槲覀儾粌H要做近海的,還要做遠(yuǎn)海的,把我們的技術(shù),把我們的機(jī)組推到更遠(yuǎn)的世界的地方去,推到風(fēng)資源更好的地方去,以實(shí)現(xiàn)我們社會(huì)人類共同的百分之百可再生能源的目標(biāo),所以我也期待,希望上海電氣能跟各位一起努力,努力的實(shí)現(xiàn)百分之百可再生能源這個(gè)目標(biāo),謝謝。
(發(fā)言根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)速記整理,未經(jīng)本人審核)
吳立建:各位專家,各位領(lǐng)導(dǎo)、各位同仁大家好,我今天做這個(gè)報(bào)告題目是御風(fēng)晉海,一直在路上,報(bào)告分為兩個(gè)部分,我作的這部分是高品質(zhì)的大容量海上永直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī),我的身份首先是上海電氣的副總工程師,是一個(gè)研發(fā)中心的主任,同時(shí)我也是浙江大學(xué)的一名教授,所以我本身是從技術(shù)的角度,我們?nèi)绾巫龊煤I系挠乐彬?qū)風(fēng)風(fēng)力發(fā)電機(jī),我的報(bào)告分為四個(gè)部分,首先我們先探討一下什么是風(fēng)力發(fā)電機(jī)的高品質(zhì),我會(huì)介紹一下凈現(xiàn)值全局優(yōu)化,再提出基于風(fēng)險(xiǎn)決策風(fēng)力發(fā)電機(jī)的優(yōu)化技術(shù),最后再展望一下未來(lái),我們的模塊化設(shè)計(jì)技術(shù)。
什么是風(fēng)力發(fā)電機(jī)的高品質(zhì),什么樣的發(fā)電機(jī)才能成為高品質(zhì)的發(fā)電機(jī),對(duì)此對(duì)于電機(jī),我們的馬偉民院士曾經(jīng)提出了四高一低一多這樣的要求,所謂的一低就是提出來(lái)低排放,四高高功率密度、高可靠性、高適應(yīng)性以及高兼度,一多就是多功能復(fù)合,四高一低一多也是非常適合我們風(fēng)力發(fā)電機(jī)的特點(diǎn),因?yàn)樘幵诟?jìng)爭(zhēng)比較激烈的行業(yè),所以我在這個(gè)基礎(chǔ)上加了一條低成本的要求。所以我們可以看出來(lái),我們的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的要求,實(shí)際上是很多的,這樣就會(huì)很復(fù)雜,實(shí)際上是一個(gè)很復(fù)雜多目標(biāo)的優(yōu)化問(wèn)題。我們?cè)谶@個(gè)研發(fā)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的時(shí)候其實(shí)是非常困難,這樣目標(biāo)很多,所以對(duì)于這樣一個(gè)多目標(biāo)的問(wèn)題,我們?nèi)绻龊盟脑?,大家都很希望能夠把所有的指?biāo)簡(jiǎn)化到一個(gè)指標(biāo)上來(lái),這樣還是這樣的問(wèn)題,究竟什么樣的風(fēng)機(jī)是最好的,在我看來(lái)對(duì)企業(yè)來(lái)講,有一個(gè)簡(jiǎn)單的標(biāo)準(zhǔn),就是最賺錢的風(fēng)機(jī)是最好的,這樣一來(lái)其實(shí)我們就可以基于凈現(xiàn)值之優(yōu)化我們的風(fēng)機(jī),找到一個(gè)盈利最佳的風(fēng)機(jī)方案。凈現(xiàn)值NPV大家都知道這個(gè)概念,簡(jiǎn)單來(lái)講就是結(jié)合當(dāng)前的盈利,所以它反映了成本與收入的差異。以凈現(xiàn)值為目標(biāo)的全局優(yōu)化,實(shí)際上就是把我們對(duì)于多個(gè)目標(biāo),比如需要滿足高功率密度、高可靠性以及低成本多個(gè)目標(biāo)轉(zhuǎn)化成以MPV為單一目標(biāo)的優(yōu)化技術(shù)。
我這里講兩個(gè)例子,首先第一個(gè)比如永磁體,大家都知道永磁體是很高的,同時(shí)也是永磁發(fā)電高于其他的原因,我們可以持續(xù)改善發(fā)電機(jī)的效率,從而增高發(fā)電量,提高我們的產(chǎn)出,但是我們會(huì)發(fā)現(xiàn)在增加永磁的時(shí)候,永磁體因?yàn)閮r(jià)格很貴,所以發(fā)電機(jī)的成本會(huì)持續(xù)的增加,非常顯著的增加,如果綜合兩方面的因素可以看到,實(shí)際上有一個(gè)最佳值,我們這個(gè)方案當(dāng)中可以看到,永磁替載19毫米左右,同樣的如果增加發(fā)電軸向長(zhǎng)度的時(shí)候,發(fā)電機(jī)的效力也可以得到持續(xù)的提高,但是也會(huì)顯著增加發(fā)電機(jī)的成本,如果我們綜合兩方面的因素,也可以找到一個(gè)MPV凈現(xiàn)值最佳的軸向長(zhǎng)度。這些其實(shí)都是以MPV凈現(xiàn)值為目標(biāo)的單目標(biāo)的優(yōu)化,相對(duì)來(lái)說(shuō)比較簡(jiǎn)單,但是在風(fēng)力發(fā)電機(jī)的開(kāi)發(fā)過(guò)程當(dāng)中,實(shí)際上是很復(fù)雜,有多個(gè)目標(biāo),如果我們做這個(gè)事情,技術(shù)路線首先是這樣子的,首先要從設(shè)計(jì)到制造,到運(yùn)輸,以及安裝,再到后面的運(yùn)維,整個(gè)全生命周期各個(gè)環(huán)節(jié)當(dāng)中,我們首先要去捕獲這個(gè)需求,把需求都捕獲到,這點(diǎn)很重要,如果說(shuō)在某一個(gè)環(huán)節(jié)的需求沒(méi)有捕獲到,假如說(shuō)我們發(fā)現(xiàn)運(yùn)輸有很大困難,運(yùn)輸需要成本的,成本在開(kāi)發(fā)階段都要考慮到。捕獲到這些需求的時(shí)候,我們就形成了需求數(shù)據(jù)庫(kù),然后我們?cè)谛枨髷?shù)據(jù)庫(kù)的基礎(chǔ)上,進(jìn)行需求的分析,這樣就可以提煉出優(yōu)化科學(xué)問(wèn)題的描述,這個(gè)優(yōu)化科學(xué)問(wèn)題的描述首先有什么樣的目標(biāo),約束變量,再有優(yōu)化變量的集合,哪些東西可以優(yōu)化它,最后需要一個(gè)風(fēng)機(jī)系統(tǒng)多維的耦合的模型,即使基于今天非常發(fā)達(dá)的計(jì)算平臺(tái),要做這樣的事情也是很困難的,首先困難之處就是這個(gè)計(jì)算量是非常的巨大,我們要做這個(gè)事情,第一個(gè)要解決的問(wèn)題就是我們需要準(zhǔn)確而快速的模型,我們上海電氣從零開(kāi)始打造了很多的平臺(tái),做了很多細(xì)致深入的研究,所以在電池?fù)p耗、冷卻,包括硬力等等多個(gè)專業(yè)、多個(gè)模塊打造了很多準(zhǔn)確的計(jì)算平臺(tái),光有準(zhǔn)確的計(jì)算平臺(tái)還是不夠的,因?yàn)樗挠?jì)算量確實(shí)是很大,所以我們還需要計(jì)算平臺(tái)的快速性。所以我們?cè)谶@塊也建立了比較快速的,也是很準(zhǔn)確的,可以說(shuō)在全球也是處于領(lǐng)先水準(zhǔn)的計(jì)算平臺(tái),只有基于快速的計(jì)算平臺(tái),我們的以MPV為目標(biāo)的全局優(yōu)化才具有現(xiàn)實(shí)的可行性,難度還是很大的。
難點(diǎn)之二就是風(fēng)力發(fā)電機(jī)的研發(fā)牽涉到多個(gè)專業(yè)、多個(gè)部門甚至多個(gè)單位、多個(gè)企業(yè)的合力系統(tǒng),所以它實(shí)際上包含了很多模塊,比如說(shuō)發(fā)電機(jī)、變頻器、葉片以及主控,這些必然會(huì)需要這些模塊形成循環(huán)地帶,在很大程度上增加我們研發(fā)優(yōu)化的難度,如何做好這些事情,需要打破這些專業(yè)模塊之間的隔閡,需要整合一個(gè)系統(tǒng)的、準(zhǔn)確的快速的模型平臺(tái)。同時(shí)為了準(zhǔn)確的計(jì)算分析風(fēng)力發(fā)電機(jī)的成本,因?yàn)樵谟?jì)算凈現(xiàn)值的時(shí)候,還需要計(jì)算成本,實(shí)際上我們還需要建立更加開(kāi)放的供應(yīng)鏈系統(tǒng),以上是介紹了凈現(xiàn)值的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的研發(fā)。
下面我要介紹一下基于風(fēng)險(xiǎn)決策發(fā)電機(jī)的優(yōu)化,前面說(shuō)我們可以通過(guò)效率、計(jì)算發(fā)電量,再分析到成本,最后可以得到每個(gè)方案的凈現(xiàn)值,然后去選擇一個(gè)最佳的方案,是不是我們得到凈現(xiàn)值之后,凈現(xiàn)值最優(yōu),就足夠支撐我們做出一個(gè)明智的選擇,實(shí)際答案也是未必的,比如說(shuō)我這里給出了兩個(gè)方案。方案二比方案一略高,但是方案二的成功率比方案一低很多,如下僅僅以凈現(xiàn)值最優(yōu)作為判斷標(biāo)準(zhǔn)的話,我們肯定要選擇方案二,但是如果大家來(lái)做這個(gè)決策的時(shí)候,我相信大部分人是傾向于選擇方向一的。這就是說(shuō)明光有MPV凈現(xiàn)值最優(yōu),實(shí)際上是不能夠支撐我們做出一個(gè)明智的選擇的。這就需要我們?cè)陲L(fēng)力發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)過(guò)程當(dāng)中,還需要引入風(fēng)險(xiǎn)決策的方法,風(fēng)險(xiǎn)決策本身是一個(gè)很成熟的理論了,本身從運(yùn)籌學(xué)里面過(guò)來(lái)的,所以有一系列很成熟的方法和理論。我這里就以期望值收益最大的比較經(jīng)典的風(fēng)險(xiǎn)決策數(shù)為例,來(lái)解釋如何做這個(gè)事情。比如說(shuō)對(duì)于一個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī),假設(shè)我們有兩個(gè)方案,方案一它有它的狀態(tài),有可能99%成功的,還有1%的可能是其他的狀況,每個(gè)狀況的時(shí)候,我們就可以去分析它出現(xiàn)的概率,同時(shí)每一個(gè)狀況有它對(duì)應(yīng)的凈現(xiàn)值計(jì)算出來(lái),方案一可以看出來(lái),假設(shè)有兩個(gè)狀態(tài),可個(gè)狀態(tài)你可以計(jì)算它的凈現(xiàn)值,有MPV1、還有MPV2,MPV1和MPV2都有它對(duì)應(yīng)的概率,這個(gè)時(shí)候很難說(shuō)出方案一它的凈現(xiàn)值究竟是多少,實(shí)際上存在概率分布的可能性。我們實(shí)際上這個(gè)時(shí)候就需要計(jì)算它的期望收益,期望收益計(jì)算的方法就是MPV1X對(duì)應(yīng)的概率,合在一起,最后得到方案一和方案二的期望收益,進(jìn)行對(duì)比我們選擇一個(gè)最大的期望收益作為最后的方案。
實(shí)際上在風(fēng)機(jī)開(kāi)發(fā)過(guò)程中我們知道是面臨很多風(fēng)險(xiǎn)的問(wèn)題,所以包含了很多風(fēng)險(xiǎn)決策的問(wèn)題,這個(gè)是講的很籠統(tǒng)的,所以用這個(gè)方法可以應(yīng)用到各種風(fēng)險(xiǎn)決策的上面,比如說(shuō)我們開(kāi)發(fā)一個(gè)新的風(fēng)機(jī),我們可能有兩個(gè)選項(xiàng),用以前小的風(fēng)機(jī)進(jìn)行擴(kuò)容,也可以重新完全開(kāi)發(fā)一個(gè)新型的風(fēng)機(jī),新型的風(fēng)機(jī)我相信它的性能更高、產(chǎn)出更高,但是代價(jià)和風(fēng)險(xiǎn)更大,這個(gè)時(shí)候如果這樣去做,我們可以科學(xué)的選擇哪一個(gè)方案更佳。
這個(gè)是采用風(fēng)險(xiǎn)決策的方法來(lái)做,實(shí)際上我們還可以更方便的方式去增加每一個(gè)方案的期望收益,比如說(shuō)這里我們就需要很準(zhǔn)確的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的手段,還是以在永磁直驅(qū)風(fēng)機(jī)一個(gè)很重要的風(fēng)險(xiǎn)為例,這個(gè)重要的風(fēng)險(xiǎn)就是永磁就可能會(huì)退磁,過(guò)去我們一直是很害怕的,如果仔細(xì)的去分析這個(gè)問(wèn)題,就會(huì)發(fā)現(xiàn)永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)要退磁實(shí)際上是要滿足很多的條件,才能夠發(fā)生,首先它需要非常高的溫度,這樣高溫的條件概率是很低的,同時(shí)它要滿足滿載運(yùn)行的條件,在中國(guó)的風(fēng)廠當(dāng)中,滿載的概率也不高。其次它還需要在短路的情況下,在短路的情況下才可能發(fā)生,短路的概率其實(shí)就是非常低,并且光有短路還不一定能讓它退磁,必須退磁在非常重要的、非常危險(xiǎn)最壞的時(shí)刻,才可能把永磁給退磁了,所有概率乘在一起才是我們退磁的概率,所以最終退磁的概率是極低極低。實(shí)際上我們其實(shí)可以想辦法去降低這些概率,比如說(shuō)想降低退磁概率,我們想想怎么樣降低短路的概率,短路的概率真的很低,如果你想辦法降低一下,其實(shí)是很有效的,能夠提高最后期望收益的手段,這是比較簡(jiǎn)單的方法。我們?cè)谶^(guò)去分析這些問(wèn)題的時(shí)候,我們的模型并不是很準(zhǔn)確,這就是風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估手段了,過(guò)去我們?cè)诜治霰热缯f(shuō)永磁退磁的情況下,我們得出了很多結(jié)論,某些方案是退磁了,這些方案就被排除在求解之外,就槍斃掉了。我們上海電氣在這一塊也打造了很多準(zhǔn)確的模型,特別是退磁分析的模型,我們發(fā)現(xiàn)在過(guò)去認(rèn)為可能退磁的方案,實(shí)際上它并不存在退磁的風(fēng)險(xiǎn),這樣一來(lái)其實(shí)就是可以顯著,以前這些方案是很好的,最后槍斃掉了,我們現(xiàn)在可以選用它,這樣就可以非常有效的提高方案的期望收益值。
另外一個(gè)我們采用的手段,在風(fēng)機(jī)制造過(guò)程當(dāng)中,引入了大量的智能制造技術(shù),這個(gè)智能制造技術(shù)其實(shí)可以減小我們制造過(guò)程中的產(chǎn)品質(zhì)量的離散度,同時(shí)減小它的瑕疵率,這樣就可以降低設(shè)計(jì)當(dāng)中負(fù)面狀態(tài)的概率,從而提高方案的期望收益,達(dá)到降低度電成本。
接下來(lái)我再展望一下我們海上風(fēng)電未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì),這個(gè)問(wèn)題其實(shí)大家一直在思考,我從國(guó)外回來(lái)之后,也一直在思考這樣的問(wèn)題,其實(shí)過(guò)去大家一直認(rèn)為大型化是個(gè)趨勢(shì),到今天為止,實(shí)際上我還是認(rèn)為大型化是風(fēng)電發(fā)展的主流趨勢(shì),特別在風(fēng)電這一塊,占比其實(shí)只是一部分,很大一部分成本在運(yùn)維,在基建這一塊,所以如果說(shuō)能夠增加單機(jī)的發(fā)電量的話,就可以有效降低風(fēng)電的度電成本。在這里我要強(qiáng)調(diào)的是,不僅僅是容量上的,最為關(guān)鍵的實(shí)際上是轉(zhuǎn)矩等級(jí)的提高,比如說(shuō)同樣的容量等級(jí),我們可以增加葉輪直徑,隨著葉輪直徑的增加本身也是一種大型化,因?yàn)槿~輪直徑的增加就意味著風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速,就對(duì)于發(fā)電機(jī)提出了更高轉(zhuǎn)矩的需求,這個(gè)時(shí)候發(fā)電機(jī)必然要增大的,對(duì)于同樣的容量等級(jí)葉輪增大的時(shí)候,發(fā)電機(jī)的體積是變大的。為了實(shí)現(xiàn)大型化,在海上風(fēng)電我們?cè)趺慈プ瞿??我覺(jué)得在這里模塊化還是一個(gè)最為有效的技術(shù)路線,假如我們能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)模塊化安裝,有能夠?qū)崿F(xiàn)模塊化的部件的更換,特別是能實(shí)現(xiàn)在現(xiàn)場(chǎng)模塊化不見(jiàn)得更換,我相信海上風(fēng)電未來(lái)的發(fā)電趨勢(shì)會(huì)迎來(lái)巨大的突破,謝謝大家,下面請(qǐng)我們的副總工許移慶介紹下面的一部分,海上風(fēng)電的移動(dòng)式基礎(chǔ)。
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許移慶:各位上午好,剛才我們同事吳總給我們分享了上海電氣在大型永磁直驅(qū)發(fā)電機(jī)的一些創(chuàng)新理念和做法,接下來(lái)我想分享漂浮式方面的一些技術(shù),說(shuō)到海上風(fēng)電,我還是要回顧一下風(fēng)電發(fā)展的歷史,因?yàn)閺母髸r(shí)間的角度,我們可以找到以后風(fēng)電的發(fā)展會(huì)是在哪個(gè)方向。大家知道人類對(duì)風(fēng)的利用很早,可以追溯到公元前,那個(gè)時(shí)候可能主要都是用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn),用于航運(yùn),但是人類用風(fēng)來(lái)發(fā)電,這個(gè)歷史只能追溯到1888年。第三張圖片的機(jī)組大家可以看到,這就是當(dāng)時(shí)用來(lái)第一臺(tái)發(fā)電的機(jī)組,風(fēng)輪直徑只有17米,但是葉片卻有144個(gè),隨著風(fēng)電技術(shù)的發(fā)展,基本上在一百年后又從這臺(tái)機(jī)組發(fā)展了定速定槳的機(jī)組形式,但是定速定槳機(jī)組并沒(méi)有在風(fēng)電的歷史上待更長(zhǎng)的時(shí)間,接著馬上被變速變槳風(fēng)電技術(shù)所代替。
當(dāng)陸上風(fēng)電在大規(guī)模發(fā)展的時(shí)候,在1999年又把陸上機(jī)組這個(gè)技術(shù)搬到了海上,但是對(duì)于我們國(guó)家來(lái)說(shuō),我們?cè)陉懮习l(fā)展的時(shí)候,并沒(méi)有像國(guó)外那樣發(fā)展的順利,因?yàn)槲覀冊(cè)诎l(fā)展陸上風(fēng)電的時(shí)候,碰到了很多特殊的環(huán)境,大家很清楚,比如說(shuō)現(xiàn)在碰到的低風(fēng)速、超低風(fēng)速,碰到的臺(tái)風(fēng)、超復(fù)雜的風(fēng)電廠,還有一些低溫的影響,當(dāng)然有些個(gè)別的技術(shù)、環(huán)境可能在國(guó)外已經(jīng)碰到過(guò),但是更多這些環(huán)境是我們國(guó)內(nèi)在發(fā)展海上陸上風(fēng)電所碰到的問(wèn)題,很多問(wèn)題我們已經(jīng)得到了逐步的解決。而對(duì)于海上我們?cè)?010年安裝了國(guó)內(nèi)的第一個(gè)海上風(fēng)電廠,接著現(xiàn)在2017年短短的7年,大家可以看得到國(guó)內(nèi)沿海從南到北,海上風(fēng)電基本上已經(jīng)全面鋪開(kāi)了,所以我們從這個(gè)來(lái)看就知道,以后海上到底會(huì)發(fā)展到什么程度,發(fā)展到什么樣的方向,我們從這個(gè)大的實(shí)驗(yàn)組上面可以感知到。
我們國(guó)內(nèi)發(fā)展海上的時(shí)候跟陸上實(shí)際上是碰到了同樣的問(wèn)題,海上也并不是一帆風(fēng)順的,我們?cè)?年前建第一個(gè)海上風(fēng)電廠的時(shí)候,同樣碰到了很多國(guó)外沒(méi)有碰到的問(wèn)題,第一張圖我們可以知道,我為什么在下面是叫首次使用多樁承載技術(shù),我們?cè)?006年的時(shí)候一直跟很多合作伙伴去籌建第一個(gè)海上項(xiàng)目,在這個(gè)過(guò)程中我們碰到了很多問(wèn)題,比如說(shuō)在歐洲用了很多單莊技術(shù)形式,技術(shù)也很成熟了,但是這些技術(shù)形式已經(jīng)積累的經(jīng)驗(yàn)在國(guó)內(nèi)并不適應(yīng),因?yàn)槲覀兊暮I蠈?shí)驗(yàn)實(shí)在太差,所以他們的技術(shù)并不適用我們現(xiàn)在的風(fēng)電廠,我們?cè)趺崔k,現(xiàn)在還記得當(dāng)時(shí)這個(gè)機(jī)組是怎么出來(lái)的,我記得有一次跟國(guó)外的同行交流,把他帶到我們東海大橋上去參觀,他到東海大橋以后,他說(shuō)你們東海大橋都能建起來(lái),我相信海上技術(shù)對(duì)你們來(lái)講應(yīng)該是比較簡(jiǎn)單的,也許我們聽(tīng)了他這句話,通過(guò)設(shè)計(jì)院的努力,我們就誕生了重力式基礎(chǔ),這種技術(shù)形式不僅解決了運(yùn)里程很厚,承載力不夠的問(wèn)題,同時(shí)也解決了當(dāng)時(shí)沒(méi)有安裝設(shè)備的困難,因?yàn)槲覀儎倓傞_(kāi)始海上風(fēng)電的時(shí)候,并沒(méi)有那么好的船,即使能夠把技術(shù)設(shè)計(jì)出來(lái),并不一定能把它安裝上去。
第二張圖大家可以看得到,我們以前可能單樁技術(shù),包括多樁技術(shù)都有導(dǎo)管架,后來(lái)我們到了國(guó)內(nèi)來(lái)以后,就一直在問(wèn)這個(gè)問(wèn)題,也許大家節(jié)的這個(gè)問(wèn)題非常簡(jiǎn)單,為什么用這個(gè)過(guò)渡段,我們不是用的很好嗎,為什么你們要取消這個(gè)過(guò)渡段呢?后來(lái)我們就在想這個(gè)問(wèn)題,然后別人就沒(méi)有答案,我們從國(guó)外也找不到答案?為什么不能把它取消掉?當(dāng)時(shí)給我們解釋說(shuō),第一因?yàn)樾枰{(diào)頻,因?yàn)榇驑洞虻拇怪倍炔粔?,很難保證,所以需要過(guò)渡段,在裝塔架上面的時(shí)候需要調(diào)頻,第二打樁的時(shí)候把樁頂給打壞,打變形,所以你沒(méi)辦法跟上面的塔架直接進(jìn)行接觸,當(dāng)然這可能是當(dāng)時(shí)用過(guò)渡段的最開(kāi)始的想法,但是我們想既然你要解決這些問(wèn)題,如果我通過(guò)其他的方式解決這些問(wèn)題,是不是可以不用這個(gè)過(guò)渡段了呢?后來(lái)通過(guò)我們國(guó)內(nèi)風(fēng)電同仁的努力,現(xiàn)在我們這個(gè)風(fēng)電段已經(jīng)被取消了,基本上現(xiàn)在已經(jīng)不用過(guò)渡段了,國(guó)外的一些同行現(xiàn)在也借用這個(gè)方式,不用過(guò)渡段的,所以我們?cè)诙潭痰?年時(shí)間里面,我們?cè)趪?guó)內(nèi)海上就已經(jīng)取得了很多的突破。
我們海上取得了這么多突破,來(lái)回顧一下,再把這個(gè)目光更遠(yuǎn),往更遠(yuǎn)的深海遠(yuǎn)海上去看一下,現(xiàn)在是什么情況,這幾張圖大家很清楚。第一張漂浮式技術(shù),大家很清楚了,并且研究了很久,我們2017年裝了商業(yè)化運(yùn)行。第二個(gè)技術(shù)有點(diǎn)特殊,因?yàn)樗玫牟牧喜皇卿摰?,用的是混凝土,四個(gè)空心的混凝土柱子。第三個(gè)結(jié)構(gòu)是剛剛在DTU水槽里面做完測(cè)試的(英文)漂浮式技術(shù)的結(jié)構(gòu),三種結(jié)構(gòu),第一、第二種都有示范項(xiàng)目的樣機(jī)在做,第一種用的就是西門子的技術(shù),第二種今年已經(jīng)把它拆除了,因?yàn)樗鼈冞@個(gè)項(xiàng)目想做一個(gè)更大機(jī)組的示范。
我們看到的是那些技術(shù)的研究,我們現(xiàn)在看一下這些技術(shù)有沒(méi)有示范的一些項(xiàng)目,對(duì)于我們風(fēng)電從業(yè)者來(lái)說(shuō),看到這些示范項(xiàng)目安裝的時(shí)候,我們都是很激動(dòng)的,對(duì)于第一臺(tái)機(jī)組也是世界上第一個(gè)漂浮式示范項(xiàng)目的機(jī)組,也是用西門子2.3兆瓦的機(jī)組,而且這臺(tái)機(jī)組運(yùn)行的還是很好的,我們也看到了它運(yùn)行的一些數(shù)據(jù)。對(duì)第二個(gè)機(jī)組,應(yīng)該是(英文)2兆瓦的機(jī)組,這個(gè)機(jī)組也是2011年裝的,現(xiàn)在2017年剛剛把它拆除掉,因?yàn)樗麄円鲆粋€(gè)更大的項(xiàng)目示范。第三張和第四張是福島未來(lái)項(xiàng)目做的示范,第三張圖片日本用的是5兆瓦下沉線的技術(shù),第四張用的MHI7兆瓦的技術(shù),它的技術(shù)形式類似于第二種技術(shù)形式,這么多技術(shù)形式,大家一看好像沒(méi)有國(guó)內(nèi)的,那么我們現(xiàn)在國(guó)內(nèi)怎么做?像做海上固定基礎(chǔ)式一樣,看到國(guó)外有很多經(jīng)驗(yàn)的時(shí)候,國(guó)內(nèi)一定會(huì)在這個(gè)基礎(chǔ)上一定會(huì)去開(kāi)發(fā)出自己的示范項(xiàng)目,然后推廣到我們自己的風(fēng)電市場(chǎng)上面去。
非常榮幸的是,我們現(xiàn)在國(guó)內(nèi)馬上就要建第一個(gè)漂浮式的示范項(xiàng)目,而我們上海電氣就是這個(gè)示范項(xiàng)目主要的參與者之一,當(dāng)然發(fā)展漂浮式技術(shù)的時(shí)候,我們像陸上風(fēng)電、海上風(fēng)電一樣,也碰到了很多跟國(guó)外環(huán)境不一樣的問(wèn)題,碰到了很多的挑戰(zhàn)。首先大家都知道漂浮式技術(shù),大家認(rèn)為應(yīng)該是水深很深的地方,水太淺了第一大家認(rèn)為沒(méi)有太多經(jīng)濟(jì)效益,第二好像也不是太容易裝,但是在國(guó)內(nèi),我們的海水很淺,在這種情況下,我們?cè)趺崔k?我們能用(英文)嗎?當(dāng)然不行,能用第二種技術(shù)形式嗎?也不行,第三種現(xiàn)在在測(cè)試,沒(méi)辦法用,怎么辦,我們像陸地固定式基礎(chǔ)一樣,尋找一個(gè)適應(yīng)自己海上漂浮式的方案,我們?cè)诤I献隽撕芏喾桨?,示范?xiàng)目在東海,這個(gè)項(xiàng)目地點(diǎn)離案大概有70公里,但是水深卻只有40米的水深,大家想想40米的水深我們卻要做漂浮式基礎(chǔ),怎么做,是不是可以換一個(gè)地點(diǎn)呢?換到其他的地方,但是其他水深都是很淺的,比如渤海平均水深18米,黃海平均水深44米,東海平均水深達(dá)到300多米,但是我看了一下,我們調(diào)查了一下,它這300多米并不是真實(shí)的,我們不能用漂浮式技術(shù),因?yàn)闁|海往外海推的時(shí)候,有一個(gè)海潮,那里的水深很深,最大能達(dá)到兩千多米,是因?yàn)槟莻€(gè)水深把我們東海的平均水深拉到300多米,但是如果把我們的離岸距離到150公里的話,我覺(jué)得我們的水深也許只有40米那樣,我們?cè)趺崔k?一定要發(fā)展出一種漂浮式的技術(shù),能適用于四五十米左右水深的海域,并且它的經(jīng)濟(jì)成本是以后能夠承擔(dān)的。
我們通過(guò)各種各樣方式的比選,找到了第二種方式,第二種方式大家可以看一下,實(shí)際上它有一點(diǎn)類似于半淺式和TRP結(jié)構(gòu)的結(jié)合,當(dāng)然這個(gè)方案也是出自于首次使用海上固定式技術(shù),現(xiàn)在漂浮式示范項(xiàng)目計(jì)劃是在2019年,所以從前年開(kāi)始,就在籌建這個(gè)項(xiàng)目,應(yīng)該怎么去做,怎么找到很好的解決方案,這是找到了其中的一種,但是隨著時(shí)間的推移,我們會(huì)找到更多的方案,為什么?因?yàn)槿绻也坏礁玫慕鉀Q方案的話,我們的海上可能會(huì)止步在那里,但是我在PPT開(kāi)始的時(shí)候就講,我們已經(jīng)展示了風(fēng)電發(fā)展的歷史,實(shí)際上這個(gè)歷史過(guò)程你是阻擋不住的,也許今天我們擔(dān)心漂浮式技術(shù),海這么淺,漂浮式技術(shù)成本這么高,我們會(huì)去做它嗎?也許我們現(xiàn)在回答可能是不,但是我們把目光再往前推,再往后推,也許這個(gè)回答就是肯定的。所以我們非常堅(jiān)定的相信,我們中國(guó)在未來(lái),在深遠(yuǎn)海上面一定會(huì)推出去,也一定會(huì)走出去,而且基于示范的項(xiàng)目,我想我們上海電氣也會(huì)和合作伙伴一起,來(lái)找到一些更好的漂浮式技術(shù)的解決方案。在做漂浮式技術(shù)的時(shí)候,這個(gè)是因?yàn)樗顔?wèn)題碰到的一些挑戰(zhàn),在做具體項(xiàng)目的時(shí)候同樣碰到了很多其他具體的技術(shù)細(xì)節(jié),比如說(shuō)我們的水太淺了,如果用這個(gè)半淺式加上TRP的結(jié)構(gòu),它的擺動(dòng)幅度實(shí)際上是不能太大的,如果太大的情況下面,不僅對(duì)機(jī)組不穩(wěn)定,另外這個(gè)技術(shù)還可能觸碰到海床,在這種情況下我們是不允許它觸碰到海床的,如果水深很深就不會(huì)發(fā)生這個(gè)問(wèn)題,如果水很淺,隨著運(yùn)動(dòng),它是可能碰到海床的。所以我們不僅要控制它的擺幅和大小,可能控制的比其他的漂浮式技術(shù)控制得更準(zhǔn)確、更精確。另外還要控制頻率,比如說(shuō)擺動(dòng)的頻率到底有多大,控制到什么樣的范圍,需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)波浪的情況調(diào)整頻率。但是這個(gè)頻率調(diào)整呢?我們主要是通過(guò)基礎(chǔ)的機(jī)組結(jié)構(gòu)來(lái)調(diào)整,在這中間怎么平衡,因?yàn)闄C(jī)組調(diào)了之后,會(huì)改變機(jī)組的一些情況,比如說(shuō)尺寸、重量,但是這一改變以后,可能又會(huì)影響到這個(gè)基礎(chǔ)在40米的水深下,可能沒(méi)辦法做一個(gè)漂浮式的技術(shù),所以怎么樣在你控制之間,在載荷之間找到一個(gè)平衡,然后做出一個(gè)完美的方案。
所以對(duì)于示范性項(xiàng)目的挑戰(zhàn),當(dāng)然我剛才表述了只是我們遇到挑戰(zhàn)中很少的一部分,后面碰到的挑戰(zhàn)還會(huì)很多,但是我相信我們風(fēng)電的同仁一定會(huì)把這些問(wèn)題基于國(guó)內(nèi)的條件,一個(gè)個(gè)跟它擊破。
我記得我們?cè)?012年參加世界風(fēng)能大會(huì)的時(shí)候,那個(gè)時(shí)候在世界風(fēng)能大會(huì)上面他們提出來(lái)說(shuō)一個(gè)計(jì)劃,在一些社區(qū)或者在一些局部區(qū)域里面,要提上百分之百可再生能源,也就是在5年前,當(dāng)時(shí)我們?cè)谥v可能一個(gè)社區(qū)比較小,覺(jué)得百分之百可再生能源是可以實(shí)現(xiàn)的。5年之后,麻省理工大學(xué)的教授提出來(lái)一個(gè)更宏偉的藍(lán)圖,也就是到2050年,全世界139個(gè)國(guó)家實(shí)現(xiàn)百分之百可再生能源,當(dāng)時(shí)提出來(lái)的時(shí)候,在座的各位可能都知道,也許大家都在懷疑這個(gè)問(wèn)題,覺(jué)得2050年是否能夠?qū)崿F(xiàn)這個(gè)百分之百可再生能源,通過(guò)大家懷疑,通過(guò)大家的探討,通過(guò)大家的討論,通過(guò)大家的交流,我覺(jué)得到今天可能大家對(duì)這個(gè)目標(biāo)更有信心。為什么?大家可以看得到,到2050年可再生能源如果能實(shí)現(xiàn),我們風(fēng)電大概占了42%,接近一半的份額,但是我們?cè)傧胍幌氍F(xiàn)在風(fēng)電占到所有用電量的百分之多少,可能只有個(gè)位數(shù),這么大的量我們?cè)趺慈浹a(bǔ)。2010年建了第一個(gè)海上風(fēng)電項(xiàng)目,到目前為止我們也建了很多,但是離目標(biāo)還有多遠(yuǎn),我們不用懷疑這個(gè)目標(biāo),為什么不用懷疑?因?yàn)槲覀冞€有很多資源在那里,近海的資源已經(jīng)逐步在開(kāi)發(fā),我們剛才講的,我們的海上資源,我們近海資源在開(kāi)發(fā),我們的遠(yuǎn)海資源可能更多,那么我們?cè)趺礃尤ラ_(kāi)發(fā)遠(yuǎn)海的資源,如果我們能夠把陸上的資源,把近海的風(fēng)資源以及深海的資源都能利用起來(lái),我想這一天肯定能夠?qū)崿F(xiàn)我們最終的百分之百可再生能源。
我們上海電氣一直從事于陸上海上風(fēng)電的發(fā)展,現(xiàn)在海上風(fēng)電在國(guó)內(nèi)裝機(jī)容量已經(jīng)遙遙領(lǐng)先,但是我們覺(jué)得我們做的還不夠,因?yàn)槲覀儾粌H要做近海的,還要做遠(yuǎn)海的,把我們的技術(shù),把我們的機(jī)組推到更遠(yuǎn)的世界的地方去,推到風(fēng)資源更好的地方去,以實(shí)現(xiàn)我們社會(huì)人類共同的百分之百可再生能源的目標(biāo),所以我也期待,希望上海電氣能跟各位一起努力,努力的實(shí)現(xiàn)百分之百可再生能源這個(gè)目標(biāo),謝謝。
(發(fā)言根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)速記整理,未經(jīng)本人審核)