众城卓越小讲堂:风电变桨系统为什么这么“香”?

2024-07-06

为什么说风电变桨系统这么重要?

风电变桨控制系统的价格仅占整个风机总价的3%左右,但这个小小的变桨控制系统却是风机叶片启停的总开关,直接影响着风机的捕风能力和安全生产,关乎着风机的生命线和效益线。老式的风电变桨控制系统一般要2年更换一次,维护成本大,使用寿命短。

风力发电属于非常复杂的重工业行业,产业链很长。从塔筒、叶片、发电机、齿轮箱、轴承,到大型PLC、变桨伺服驱动、大功率变流器、SVG,再加上变压器、变流器等,整个产品线涵盖了重工业的多个角度和层次,从价值角度而言,工控产品占比并不高,仅为10%左右,但是伺服驱动器决定了风力发电机的可靠性和稳定性。

可以说控制和驱动产品是风力发电机的大脑和心脏,是非常核心的部分。风电进入全面平价时代,无论是陆上风电还是海上风电,降低度电成本成为风电企业可持续发展的必由之路。风电机组单机容量的大型化,是目前降低海上风电成本最有效的途径之一,关键电控系统器件等核心技术上的创新和突破,将成为下一个风电时代抢占的制高点。

为什么风电变桨系统一直被国外品牌所掌控?

(1)我国在这一技术领域的起步较晚,尤其是对兆瓦级以上大功率机组变速恒频控制技术的研究,更是最近几年的事情,这比风机技术先进国家要落后二十年时间。前已述及,我国风电制造产业是从2005年开始的最近四年才得到快速发展的,国内主要风机制造厂家为了快速抢占市场,都致力于扩大生产规模,无力对控制系统这样的技术含量较高的产品进行自主开发,因此多直接从MITA、Windtec等国外公司采购产品或引进技术,这就导致装机量高,但缺乏自有核心技术。

(2)就风机控制系统本身的要求来看,确有它的特殊性和复杂性。从硬件来讲,风机控制系统随风机一起安装在接近自然的环境中,工作有较大振动、大范围的温度变化、强电磁干扰这样的复杂条件下,因此其硬件要求比一般系统要高得多。

从软件来讲,风机要实现完全的自动控制,必须有一套与之相适应的完善的控制软件。主控系统、变桨系统和变频器需要协同工作才能实现在较低风速下的最大风能捕获、在中等风速下的定转速以及在较大风速下的恒频、恒功运行,这需要在这几大部件中有一套先进、复杂的控制算法。国内企业要完全自主掌握确实需要一定时间。

(3)风机控制系统是与风机特性高度结合的系统,包括主控、变桨和变频器在内的控制软件不仅算法复杂,而且其各项参数的设定与风机本身联系紧密,风机控制系统的任务不仅仅是实现对风机的高度自动化监控以及向电网供电,而且还必须通过合适的控制实现风能捕获的最大化和载荷的最小化,一般的自动化企业即使能研制出样机,也很难得到验证,推广就更加困难。而中小规模的风机制造商又无力进行这样的开发。

中国的风电变桨系统发展现状如何?

从我国目前的情况来看,风电主控系统和变桨系统的各个组成部分的自主配套还不尽如人意,包括关键硬件、控制软件等,对国外品牌的依赖仍然较大,仍是我国风电设备制造业中最薄弱的环节。国内企业大多采取消化、引进、吸收、再创新的技术路线,国产化率较低,国产化效果不是很理想,运行状况也不尽如人意,且售后服务备受诟病。

作为大型风电机组控制系统的核心部分之一,变桨系统的采用对风电机组进行安全、稳定、高效的运行工作有着积极作用。就目前来看,稳定的风电变桨系统已经成为我国大型风力发电机组控制技术研究的重要项目之一。

从企业角度来看,由于风电变桨系统行业的资金和技术进入门槛相对较高,所以目前国内从事风电变桨系统生产和制造的企业数量并不多,而且市场集中度相对较高,市场资源主要聚集在大型龙头企业手中,风电主控系统和变桨系统作为风力发电机组的关键零部件,保障了风力发电机组的安全、可靠运行,提高了风能利用效率。因此,该领域的技术研发与创新备受业内关注。

“十一五”时期,我国风电装备制造产业实现了单机容量向兆瓦级的跨越发展,研发设计和制造水平与世界先进水平的差距迅速缩小,风电设备关键零部件的技术能力迅速提高,国内企业通过这几年的努力,已经在控制系统主要部件的开发上取得了积极进展,已基本形成了自主的技术开发能力,所欠缺的主要是产品的大规模投运业绩以及技术和经验积累。

众城卓越为什么在中国风电产业坚持?

任何一个产业在发展之初,经历了最快途径地拿来主义后,都有一批充满理想与创新精神的企业家参与其中,而在中国风电产业发展的短短不到40年的时间里,就有不少人选择了走一条艰难的路,那就是自主创新,从2014年开始,伴随着中国第二轮风电产业高速发展的节奏,众城卓越也开始了在变桨控制系统的研发产出,每年都会推出新的伺服产品,并在变桨环节投入研发环节,短短几年间获得几十项风电领域的实用专利和外观专利,并坚定不移地定下打造国产“平价精品”的企业战略目标。

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