4. 文茂詩-淺談海上風電系統設計（大會演講）可公開.pdf

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1、匯報時間：2023年10月 匯報人：文茂詩淺談海上風電系統設計中 船 海 裝 風 電 有 限 公 司中 船 海 裝 風 電 有 限 公 司平價時代LEARN MORECHINA WINDPOWER 20232023北京國際風能大會中國船舶 淺談海上風電系統設計中 船 海 裝 風 電 有 限 公 司中 船 海 裝 風 電 有 限 公 司CHINA WINDPOWER 20232023北京國際風能大會中國船舶 匯報人：文茂詩時間：10月17日中國船舶中國船舶CHINA WINDPOWER 20232023北京國際風能大會系統性創新破局海上風電平價國內外海上風電現狀持續優化助力海上風電高質量發展展望

2、CHINA WINDPOWER 20232023北京國際風能大會中國船舶 國內外海上風電現狀中國船舶中國船舶CHINA WINDPOWER 20232023北京國際風能大會國內外海上風電現狀國內外海上風電現狀隨著碳中和大幕的拉開，清潔能源開發利用正引發全球能源變革，以風電為代表的可再生能源開發利用已成為許多國家推進能源轉型的核心內容和應對氣候變化的重要途徑，也是我國推進能源生產和消費革命、推動能源轉型的重要措施。截至目前，我國風電累計并網裝機容量突破3億千瓦，同比增長29%，連續12年穩居全球第一。全球風能報告2022指出，2021年全球海上風電新增裝機容量21.1GW，同比增長兩倍，創歷史最

3、大增幅。全球海上風電將持續保持強勁增長勢頭。中國一枝獨秀，其海上風電增量占全球的80%，這也讓中國超越英國成為全球海上風電累計裝機最多的國家。未來5年全球海上風電年均復合增長率預計達8.3%，2022年至2026年累計新增裝機量將超90GW。中國船舶中國船舶CHINA WINDPOWER 20232023北京國際風能大會國內外海上風電現狀國內外海上風電現狀新增裝機新增裝機 116.116.116116270270306306169169累計裝機累計裝機 2792793633636336339399392622622012017 72012018 82012019 92022020 020220

4、21 10 05005001000100015001500200020002500250030003000單位：萬千瓦單位：萬千瓦116.1116.1116116270270306306169016900 05005001000100015001500200020002017201720182018201920192020202020212021單：萬千瓦單：萬千瓦新增裝機新增裝機 近5年海上風電裝機容量 海上風電新增裝機容量趨勢 近5年來中國海上風電呈突破式增長。2021年中國海上風電全年新增裝機1690萬千瓦，是此前累計建成總規模的1.8倍，目前全國累計裝機規模達到2629萬千瓦。自202

5、1年10月中國海裝破冰平價海上風電以來，加速中國海上風電發展步伐。截止目前，據不完全統計海上風電“十四五”規劃超過8000萬千瓦，江蘇、山東、上海、海南、廣西、福建全面啟動競配。根據各沿海省份制定的2030年海上風電發展目標，到2030年我國海上風電總裝機量將達到66.5GW。我國海上風電已進入快速發展階段，但如何進一步提升機組能效，降低海上風電場開發成本，仍是當期面臨的首要技術問題。CHINA WINDPOWER 20232023北京國際風能大會中國船舶 中國船舶中國船舶CHINA WINDPOWER 20232023北京國際風能大會系統性創新破局海上風電平價系統性創新破局海上風電平價整機核

6、心參數匹配設計全局最優的載荷優化迭代成熟的IPC技術及其再創新產品級應用一個平臺，兩款機型，破局我國南北海上風電平價山能勃中首批次并網獲央視報道華潤蒼南項目開工獲央視報道中國船舶中國船舶CHINA WINDPOWER 20232023北京國際風能大會系統性創新破局海上風電平價系統性創新破局海上風電平價-整機核心參數匹配設計整機核心參數匹配設計適用于平價海上風電的功率等級適用于平價海上風電的功率等級-風輪直徑組風輪直徑組合選擇合選擇單位千瓦掃風面積大一定好？功率等級越大越好？主要矛盾如何體現？型譜規劃注：圖片來源于網絡中國船舶中國船舶CHINA WINDPOWER 20232023北京國際風能大

7、會系統性創新破局海上風電平價系統性創新破局海上風電平價-整機核心參數匹配設計整機核心參數匹配設計投資收益率是海上風電平價的關鍵要素適用于平價海上風電的功率適用于平價海上風電的功率等級等級-風輪直徑組合選擇風輪直徑組合選擇風輪直徑、功率等級通過影響到風場投資投資和收益收益從而影響投資收益率中國船舶中國船舶CHINA WINDPOWER 20232023北京國際風能大會系統性創新破局海上風電平價系統性創新破局海上風電平價-整機核心參數匹配設計整機核心參數匹配設計確定風輪直徑、功率等級建立仿真模型、迭代載荷完成詳細設計得到機組成本風場投標經濟性測算傳統的機型開發型式不能滿足傳統機型開發在設計末端才與

8、風場匹配VS打通設計全鏈條，基于風場投資經濟性測算確定機型針對區域的匹配設計中國船舶中國船舶CHINA WINDPOWER 20232023北京國際風能大會系統性創新破局海上風電平價系統性創新破局海上風電平價-整機核心參數匹配設計整機核心參數匹配設計PB級載荷數據庫再利用載荷數據多維內在關聯構建通過風輪直徑、功率等級直接預測整機載荷，并實現誤差可控PB級載荷數據庫：級載荷數據庫：數千套設計載荷累積，規模達到PB量級的歷史數據構建風輪直徑、功率等級、整機載荷、基礎載荷等多維度內在關系中國船舶中國船舶CHINA WINDPOWER 20232023北京國際風能大會系統性創新破局海上風電平價系統性創

9、新破局海上風電平價-整機核心參數匹配設計整機核心參數匹配設計單位千瓦掃風面積對發電量的預測基礎載荷、水深對基礎重量的預測建立各子模型：建立各子模型：機型與發電量測算模型載荷、水深與基礎重量的測算模型成本模型風場投資模型收益率模型中國船舶中國船舶CHINA WINDPOWER 20232023北京國際風能大會系統性創新破局海上風電平價系統性創新破局海上風電平價-整機核心參數匹配設計整機核心參數匹配設計 以電價、資源特征和風場投資收益以電價、資源特征和風場投資收益為為約束約束的整機核心參數高效匹配設計平的整機核心參數高效匹配設計平臺臺:基于特定區域水深、地質條件、上網電價、年均風速等條件為輸入遍歷

10、所有功率等級、風輪直徑下的風場投資收益率，挑選收益最優的機型注，沒有展示因玻/碳纖葉片等技術瓶頸導致成本階梯變化的細節模型針對國內某區域最優機型測算結果示例中國船舶中國船舶CHINA WINDPOWER 20232023北京國際風能大會系統性創新破局平價海上風電發展系統性創新破局平價海上風電發展 整機核心參數匹配設計 全局最優的載荷優化迭代全局最優的載荷優化迭代 成熟的IPC技術及其再創新 產品級應用中國船舶中國船舶CHINA WINDPOWER 20232023北京國際風能大會系統性創新破局海上風電平價系統性創新破局海上風電平價-全局最優的載荷優化迭代全局最優的載荷優化迭代一次效率革命帶來的

11、技術創新一次效率革命帶來的技術創新第一代第一代載荷仿真模式：迭代周期：月/輪，需要10萬+次操作第二代第二代載荷仿真模式：大量小工具取代人工操作，迭代周期：周/輪第三代第三代載荷仿真模式：取消界面程序，以模型文件直接驅動，迭代周期：小時/輪 控制參數整定載荷仿真及后處理中國船舶中國船舶CHINA WINDPOWER 20232023北京國際風能大會系統性創新破局海上風電平價系統性創新破局海上風電平價-全局最優的載荷優化迭代全局最優的載荷優化迭代平臺功能：平臺功能：以局部模型文件為驅動自動模型拼接（葉片/塔筒/基礎）自動控制器整定自動完成仿真自動回傳結果葉片-整機迭代最快1小時/輪（受限于硬件）

12、加阻頻率自動搜索KpKi多目標聯合尋優SuperBladed+全自動HPC計算集群支撐自動返回的結果中國船舶中國船舶CHINA WINDPOWER 20232023北京國際風能大會系統性創新破局海上風電平價系統性創新破局海上風電平價-全局最優的載荷優化迭代全局最優的載荷優化迭代哪些因素對整機載荷影響顯著？發電量呢？揮舞剛度擺振剛度葉片預彎控制參數敏感性系統慣量揭示載荷規律，明確優化路徑：揭示載荷規律，明確優化路徑：葉片氣動設計對載荷的影響葉片結構設計對載荷的影響控制參數對載荷的影響整機主要參數對載荷的影響支撐結構設計對載荷的影響實現全局最優的輕量化設計，整機降載超20%。迭代輪次增加近1000

13、%中國船舶中國船舶CHINA WINDPOWER 20232023北京國際風能大會系統性創新破局平價海上風電發展系統性創新破局平價海上風電發展 整機核心參數匹配設計 全局最優的載荷優化迭代 成熟的成熟的IPC技術及其再創新技術及其再創新 產品級應用中國船舶中國船舶CHINA WINDPOWER 20232023北京國際風能大會系統性創新破局海上風電平價系統性創新破局海上風電平價-成熟的成熟的IPC技術及其再創技術及其再創新新控制策略差異控制策略差異有有IPC無無IPC仿真工況DLC1.2,1.3,2.2.4(卡槳工況)對比載荷葉根、輪轂極限載荷葉根極限Mxy100%109%輪轂極限Myz-DL

14、C1.3100%134%凈空10.859.47輪轂極限Myz-DLC2.2.4100%127%5年應用時間1000+批量應用成熟應用經驗顯著的降載效果風場實測的降載效果IPC降載效果簡述中國船舶中國船舶CHINA WINDPOWER 20232023北京國際風能大會系統性創新破局海上風電平價系統性創新破局海上風電平價-成熟的成熟的IPC技術及其再創技術及其再創新新控制策略干預的扭矩讓風電機組擁有觸覺讓風電機組擁有觸覺基于穩定可靠的葉根載荷數據可以實基于穩定可靠的葉根載荷數據可以實現：現：整機載荷整機載荷實時估計極限載荷直接保護直接保護疲勞載荷有效預警有效預警極大程度提升機組運行安全疲勞載荷監控

15、基于葉根傳感器的整機載荷估計中國船舶中國船舶CHINA WINDPOWER 20232023北京國際風能大會系統性創新破局海上風電平價系統性創新破局海上風電平價-成熟的成熟的IPC技術及其再創技術及其再創新新葉根彎矩損傷累積時序大切變導致疲勞加速半尾流導致疲勞加速通過IPC主動干預，避免因大切變、半尾流等導致的葉片、機架等加速疲勞損傷實測載荷時序中國船舶中國船舶CHINA WINDPOWER 20232023北京國際風能大會系統性創新破局平價海上風電發展系統性創新破局平價海上風電發展 整機核心參數匹配設計 全局最優的載荷優化迭代 成熟的IPC技術及其再創新 產品級應用產品級應用中國船舶中國船舶

16、CHINA WINDPOWER 20232023北京國際風能大會系統性創新破局海上風電平價系統性創新破局海上風電平價 -產品級應用產品級應用機頭重量降低30%同級別載荷低10%以上機組成本大幅降低率先研制出適應海上風電平價需求，輕量化、高可靠的H210-10MW、H220-8.XMW海上風電機組山能渤中 H220-8.35MW華潤蒼南 H210-10MW中國船舶中國船舶CHINA WINDPOWER 20232023北京國際風能大會系統性創新破局海上風電平價系統性創新破局海上風電平價 -產品級應用產品級應用坐標：浙江寧波象山業主：中廣核時間：2021年10月項目：中廣核象山凃茨28萬千瓦機型：

17、H220-8.0MW坐標：浙江溫州業主：華潤電力時間：2021年10月項目：蒼南1#40萬千瓦機型：H210-10MW廣西廣東福建浙江遼寧山東河北坐標：山東萊州業主：中廣核時間：2022年06月項目：中廣核萊州30萬千瓦機型：H220-8.0MW坐標：山東渤中業主：山東能源時間：2021年11月項目：山能A場址50萬千瓦機型：H220-8.35MW平價率先破冰，未來持續引領平價率先破冰，未來持續引領CHINA WINDPOWER 20232023北京國際風能大會中國船舶 中國船舶中國船舶CHINA WINDPOWER 20232023北京國際風能大會高度定制化高度定制化|平臺再拓展平臺再拓展結

18、構簡單，可靠性高可靠性高雙軸承支撐，安全性高安全性高中速永磁發電系統，穩定性高穩定性高與雙饋相比，額定轉速降低額定轉速降低約2/3與直驅相比，需8對磁極，磁極少磁極少約90%運輸、安裝、維護便利性好便利性好 平價海上風電開拓者，以連中三元的姿態領跑海上風電平價時代；23X平臺首臺樣機210-10MW是全球單位千瓦掃風面積最大的10MW風力發電機組記錄保持者；2022年平價海上風電高度定制化設計H23X平臺系列產品超150萬批量裝機，匹配單機功率810MW。2023年得益于瓶頸工況技術突破，基于同平臺打造成熟可靠的260-12.5MW260-12.5MW明星產品明星產品。中速永磁風力發電機組（非

19、緊湊型半直驅）中國船舶中國船舶CHINA WINDPOWER 20232023北京國際風能大會技術先進性技術先進性|海上風電長葉片領跑者海上風電長葉片領跑者2021年 10MW-102米葉片是國內首支突破百米級海上風電葉片，創造中國葉片長度新紀錄，持續領跑。采用大厚度碳纖維主梁灌注工藝，已充分掌握碳纖維灌注工藝核心技術。2022年 102107116米同平臺系列化葉片，匹配8-10MW級海上風電機組，制勝低風速海上風電；中國船舶中國船舶CHINA WINDPOWER 20232023北京國際風能大會技術先進性丨高功率密度傳動鏈技術先進性丨高功率密度傳動鏈高功率密度傳動鏈結構高功率密度傳動鏈結構

20、高度集成高度集成高高扭矩密度扭矩密度齒輪箱齒輪箱中速永磁發電機中速永磁發電機齒輪箱扭矩密度超齒輪箱扭矩密度超200Nm/kg200Nm/kg發電機發電機功率密度功率密度超超400W/kg400W/kg單位千瓦的機艙重量降低，帶來緊湊型設計需求。風輪扭矩增大，傳動鏈功率密度不斷增加。單機功率不斷提升帶來的挑戰單機功率不斷提升帶來的挑戰三種技術路線的演變過程三種技術路線的演變過程雙饋雙饋直驅直驅中速中速中國船舶中國船舶CHINA WINDPOWER 20232023北京國際風能大會高溫高濕丨艙內動態控制技術高溫高濕丨艙內動態控制技術機艙內環境控制技術的專利技術，有效解決高溫高濕環境下的防腐難題。中

21、國船舶中國船舶CHINA WINDPOWER 20232023北京國際風能大會機型優勢丨智能感知機型優勢丨智能感知全息監測全息監測 葉片：葉根載荷、葉片振動、凈空 環境：結冰、光影 齒輪箱：油品、振動 發電機：振動、位移 塔筒：傾角、螺栓監測 機艙：振動、方向、位移易于重構易于重構 可單獨接入主控 可作為獨立系統部署中國船舶中國船舶CHINA WINDPOWER 20232023北京國際風能大會高效工程建設丨模塊化高效工程建設丨模塊化易安裝易安裝 易維護易維護模塊化模塊化工程化優勢：工程化優勢：運輸難度低、安裝效率高安裝靈活組合，船機設備要求低海上作業時間低、維護容易，效率高中國船舶中國船舶C

22、HINA WINDPOWER 20232023北京國際風能大會智能化運維智能化運維|大數據大數據采集與監測采集與監測總體目總體目標標集成與分析集成與分析建模與應建模與應用用主動預防性維護最優運維策略選擇每天新增數據500GB+實時掌握風機的動態監控關鍵指標風資源預測CHINA WINDPOWER 20232023北京國際風能大會中國船舶 中國船舶中國船舶CHINA WINDPOWER 20232023北京國際風能大會展望展望成本降低成本降低 目前海上風電的建設和運營成本仍然很高，這也是限制其發展的主要因素之一。未來隨著技術的進步和規模的擴大，成本將會逐步下降。此外，政府的支持和鼓勵也將會促進海上風電的發展。技術創新技術創新 仍然需要在氣彈設計、海洋工程、數字化技術、材料科學、海洋裝備技術等領域持續不斷的創新，進一步提高海上風電機組能效，使得風電機組成本更低、運行更穩定、生產更安全。THANKSTHANKSFor Your Watching