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海上风电产业链技术突破与提升（44页）.pdf

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海上风电产业链技术突破与提升（44页）.pdf

1、海上风电产业链技术突破与提升刘刘琦琦上海电气风电集团有限公司上海电气风电集团有限公司上海市风电工程技术研究中心上海市风电工程技术研究中心2019年年7月月19日日国家科技部“可再生能源与氢能技术”重点专项大型海上风电机组及关键部件优化设计及批量化制造、安装调试与运行关键技术项目编号：2018YFB1501300项目负责人：刘琦牵头单位参与单位中国船舶重工集团海装风电股份有限公司上海电气、华能国际、华北电力大学、上海交大等21家推荐单位重庆市科技局目录研究研究背景及目标背景及目标任务分解与任务分解与接口接口项目实施关键节点与实施计划项目实施关键节点与实施计划研究内容及技术路

2、线研究内容及技术路线01020304Contents项目组织管理机制项目组织管理机制05预期成果与测试方法预期成果与测试方法0601研究背景及目标Part One 海上风电是风电产业的技术制高点，是国家能源结构调整的战略发展方向，未来国家能源供应重要组成部分。我国海上风资源储量7.5亿千瓦，国家在大力布局海上风电，目前已核准容量超过4000万千瓦，海上风电即将进入快速发展时期。我国5MW及以上应用占比约7%，海上风电机组大型化是主要趋势。国内大型海上风电存在的主要问题：1、整体可靠性不高2、主要部件国产化配套能力不足3、产业链上协同性欠缺设计制造工程运维检测标准测试装备、检测手段较弱，标准规范

3、体系未形成。效率不高，未形成体系化；设计与国内工况匹配程度不够，制造自动化程度低、质量稳定性不高；亟待实施全链条优化研究，在理论层面与技术层面进行突破和创新2017年国内海上总装机统计基于运行数据，揭示大型海上风电机组故障产生机理故障产生机理，构建可靠性增长方案可靠性增长方案；以平均故障间隔时间平均故障间隔时间(MTBF)(MTBF)理论设计值理论设计值35003500小时小时为设计目为设计目标标，开展5MW/6MW海上机组全链条全链条关键技术研究；主要部件国产化国产化，各在10万千瓦以上风电场实现技术验证技术验证；提升海上风电整体技术能力整体技术能力和产业化水平产业化水平，满足规模化开规模

4、化开发发的需求，为海上风电平价上网提供支撑。02研究内容及技术路线研究内容及技术路线Part Two科学问题整机及关键部件故障产生机理和可靠性增长机制关键技术1.基于大型海上风电机组批量运行数据的可靠性模型验证技术2.优化设计、制造、降载协同控制的可靠性提升和系统集成技术3.电控系统协同优化及机网柔化控制技术4.大型永磁发电机模块化设计、制造及装配技术5.整机及关键部件检测装备与系统检测技术6.智能运输调度平台及批量安装、调试工艺与智能化运维技术项目从整机与部件、制造与检测、工程与应用三个层面设置研究内容并开展研究可靠性增可靠性增长理论长理论故障识别故障识别及机理及机理理论研究优化设计

5、制造技术检测技术设计制造运输吊装调试运维工程建设工程建设工程实施理论验证技术验证产品验证应用验证形成相关技术规范和测试标准2.2 研究思路从从运行数据运行数据出发研究可靠性增长方案；对整机和主要零部件的优化设计、批量制出发研究可靠性增长方案；对整机和主要零部件的优化设计、批量制造、检测技术、工程化技术进行研究；实现在各造、检测技术、工程化技术进行研究；实现在各1010万千瓦风电场的技术应用验证。万千瓦风电场的技术应用验证。研究对象5MW5MW增速型与增速型与6MW6MW直驱型海上风电机组直驱型海上风电机组增速型/直驱型风电机组和部件的优化设计、批量制造、检测技术指标分配指标分配方

6、法指导方法指导三类平台十二套装备/装置优化优化验证验证优化优化验证验证两款机型认证应用应用验证验证风电场技术验证支撑建设支撑建设验证验证技技术术验验证证大型海上风力发电机组及关键部件故障产生机理与可靠性增长机制一个科学问题基于中国海装与上海电气的批量大型海上风力发电机组运行数据的可靠性模型验证技术六项关键技术以经济性为约束的风力发电机组及关键部件优化设计、先进制造和系统集成技术电控系统协同优化及机网柔化控制技术大型永磁发电机模块化设计、制造及装配技术海上风力发电机组整机及关键部件检测装备与检测技术多目标多要素自适应运输调度平台及批量安装、调试工艺与智能化运维技术牵引牵引支撑支撑理论研究优化设计

7、、制造检测工程应用验证测试调度运维台架试验平台智能运输调度平台整机及关键部件检测装备5MW增速型6MW直驱型课题一：大型海上风电机组及关键部件的可靠性与标准规范体系研究课题目标：建立可靠性分配流程及方案，提出各部件可靠性提升指标和路径建立覆盖海上风电设计制造、安装调试与检测的标准体系实施单位：中国海装（牵头）鉴衡认证、上海电气、农机协会风力机械分会。课题二：5MW 增速型海上风电机组系统优化设计、先进制造及验证技术课题目标：研究5MW增速机型的优化设计、制造技术研究面向降载荷的协同控制技术；研究电控系统、叶片的优化设计及批量制造技术实施单位：中国海装（牵头）重庆大学、双瑞叶片、科凯前卫、华

8、昭电气课题三：6MW 级直驱型海上风电机组系统优化设计、先进制造及验证技术课题目标：研究6MW级直驱型海上机组的多性能指标优化设计；研究变桨-变流-主控协调控制方法开发电控系统协同优化控制及机网柔化控制技术实施单位：上海电气（牵头）上海交大、中复联众、禾望电力、上电电子课题四：传动链关键部件优化设计和批量制造工艺及检测技术课题目标：研究基于可靠性增长的传动链动态分析与优化传动链关键部件优化设计传动链关键部件批量制造工艺优化、传动链关键部件检测技术实施单位：华北电力大学（牵头）浙江大学、上海电机、中船电机、重齿公司课题五：智能运输、现场批量安装调试运行工艺技术和检测装备及技术验证课题目标：大型

9、海上风电机组自适应运输调度决策平台开发海上批量安装、调试、检测装备升级及工艺改进基于容错设计及自动故障诊断的机组智能运维技术5MW增速型和6MW直驱型在各100MW海上风电场技术验证。实施单位：华能国际（牵头）华能清能院、海装工程、上海电气、中交一航司、华勘院理论创新整机优化部件优化安装调试运行优化惯性传递“电压源”型控制方法大型海上风电机组智能运输、模块化安装和调试技术大功率永磁风力发电机模块化设计技术大型海上风电机组系统集成优化设计技术基于海上风电机组运行数据的可靠性指标分配方法本项目的协同优化研究贯穿全链条，在理论层面与技术层面进行突破和创新03任务分解与接口Part Three中国海装

10、上海电气禾望电气双瑞叶片中复连众重庆齿轮箱中船电机上海电机科凯前卫上电电子重庆华昭华北电力大学上海交通大学浙江大学重庆大学华能清洁能源研究院鉴衡认证风力机械分会项目团队涵盖了海上风电设计、制造、安装、检测全流程的科研能力，形成学科交叉、优势互补、产学研用的协同创新体系3.2 研究团队组成华能国际中交一航司海装工程任务任务1AB1.可靠性建模可靠性建模 2.可靠性增长目标分配可靠性增长目标分配3.可靠性故障机理分析可靠性故障机理分析4.可靠性增长程序可靠性增长程序ABCD中国船舶重工集团中国船舶重工集团海装风电股份有限公司海装风电股份有限公司上海电气风电集团上海电气风电集团有限公司有限公司北京鉴

11、衡认证中心北京鉴衡认证中心有限公司有限公司中国农业机械工业协会中国农业机械工业协会风力机械分会风力机械分会5.可靠性验证技术可靠性验证技术任务任务2任务任务3DC 课题课题2 2 5 5MWMW增速型海上风电机组系统优化设计增速型海上风电机组系统优化设计、先进制造及验证技术先进制造及验证技术课题课题3 3 6 6MWMW直驱型海上风电机组系统优化设计直驱型海上风电机组系统优化设计、先进制造及验证技术先进制造及验证技术课题课题4 4 传动链关键部件优化设计和批量制造工艺传动链关键部件优化设计和批量制造工艺及检测技术及检测技术课题课题5 105 10万千瓦风场技术应用验证万千瓦风场技术应用验证AB

12、1.传动链可靠性建模传动链可靠性建模 2.传动链可靠性分配及增长传动链可靠性分配及增长3.传动链可靠性验证传动链可靠性验证1.海上风电标准现状研究海上风电标准现状研究 2.海上风电标准体系建设海上风电标准体系建设3.海上风电标准规范制定海上风电标准规范制定AB子课题2ABB电控系统协同优化设计方案仿真建模仿真测试验证惯性传递电压源控制技术研究子课题4ADD变流器结构及性能优化设计批量制造工艺及装备设计开发检测测试技术及台架企业标准及规范课题4-子课题4、5AFG磁路设计模块化结构设计批量制造工艺及装备设计开发检测测试技术及台架检测测试技术及台架AG整机集成优化设计A变流器、变桨、主控协同

13、优化设计叶片优化设计塔筒-基础一体化设计整机批量制造工艺及检测测试A整机结构一体化设计整机批量制造工艺及检测测试批量制造工艺及装备标准规范C国家、行业标准企业标准及规范ABDE子课题1子课题3ACC叶片结构优化设计叶片工艺及装备研究开发叶片检测技术及测试企业标准及规范子课题5AEC主控柜产品结构优化批量制造工艺及装备设计开发测试技术及台架企业标准及规范课题5 10万千瓦风场技术应用验证ABCDE上海电气风电集团有限公司上海交通大学连云港中复连众复合材料集团有限公司深圳市禾望电气股份有限公司上海电气电力电子有限公司FG浙江大学上海电气集团上海电机厂有限公司ABCDE华能国际电力股份有限公司中

14、国华能集团清洁能源技术研究院有限公司中交第一航务工程局有限公司重庆海装风电工程技术有限公司上海电气风电集团有限公司F中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司子课题1FB作业窗口期约束条件判定研究自适应船只行驶路径规划算法风电场海洋水文气象特征研究BCF子课题4智能装备定维巡检技术研究风电场智能运维调度管理系统开发容错设计的机组智能运维技术研究E机组自动故障诊断技术研究DEABDEDE子课题3E机组自动化检测系统和装备研制批量调试技术及工艺研究半物理仿真的机组模块调试技术研究及装备研制DEDE5MW增速型海上风电机组10万千瓦风电场应用验证工程设计机组安装与调试风电场运维6MW直驱型海上风电机组1

15、0万千瓦风电场应用验证总结完善子课题5CABDFCABEF课题2、3可靠性提升的5MW增速型海上风电机组可靠性提升的6MW直驱型海上风电机组子课题2E叶片螺栓自动化张紧设备研制免过驳单叶片安装工艺研究及设备研制辅助支腿平台升级改造研究C叶片螺栓自动化力矩检测设备研制 04项目实施关键节点与实施计划项目实施关键节点与实施计划Part Four2022年度2021年度2020年度2019年度应用验证工程实施设计制造理论研究完成两类机型各10万千瓦海上风电场实际运行1年完成基于实际数据的整机及关键部件验证形成相关技术规范和测试标准体系完成各任务与考核指标，完成项目绩效综合评价完成优化设计、批量制造、

16、检测技术的生产应用完成运输调度平台、智能运维等平台的开发和应用完善海上风电机组标准体系构建完成2*10万千瓦试验风电场建设工作提出两类海上风电机组可靠性指标分配方案完成优化设计、批量制造、检测技术研究部分完成海上风电机组标准体系构建完成交通运输调度平台、智能运维系统的技术研究项目启动，完成调研，确定总体研究方案完成基于运行数据的可靠性模型分配技术仿真完成整机及关键部件的设计仿真研究完成指导优化设计的技术报告05项目组织管理机制项目组织管理机制Part Five依据国家科技部关于科技项目管理、项目经费管理制度建立了大型海上风电机组及关键部件优化设计及批量化制造、安装调试与运行关键技术项目管理及实

17、施办法中国海装、上海电气、华能国际大国企规范并成体系的科技管理相关制度为本项目、课题制定了专项管理方案、计划、图表等项目工作手册项目管理及实施办法科研管理相关制度、流程体系交流及检查机制实施过程动态完善大型海上风电机组及关键部件优化设计及批量化制造、安装调试与运行关键技术序号序号风险类别风险类别风险风险内容内容风险发生可风险发生可能性能性涉及的研发涉及的研发任务任务预防风险或减少风险损失预防风险或减少风险损失的措施的措施1技术风险市场风险政策风险其他空气动力学、弹性力学、材料科学、电力电子、海洋工程等多学科交叉的系统科学和工程研究与其他学科领域的技术融合高中低本项目充分调研与交流，加强基础理论

18、与应用技术的结合，整合优势资源，充分发挥平台作用2技术风险市场风险政策风险其他从2019年起，新增核准的集中式陆上风电和海上风电应通过竞争方式配置和确定上网电价。高中低课题五增加应用验证区域工程及数量，形成替代性3技术风险市场风险政策风险其他验证风场的落实风险高中低本项目项目已核准预留机位及并签订相应协议。按照协议各自预留10万kw以上的风场。06预期成果与测试方法预期成果与测试方法Part Six类型内容指标测试方法关键技术5MW增速型和6MW直驱型海上风电机组及关键零部件设计、制造、调试和运行技术6项技术报告现场见证专家评审平台零部件及整机测试平台、运输安装智能调度平台、调试检测运维平台3

19、项专家评审装置/装备生产、测试、运维装置或装备12套专家评审整机优化后的5MW增速型和6MW直驱型海上风电机组通过型式认证第三方认证技术验证增速型和直驱型风电机组在各10万千瓦级海上风电场实现技术验证，运行时间一年以上，平均故障间隔时间大于3000h2项运行报告专家评审发明专利整机设计及测试相关技术等5项受理书论文可靠检验方法，载荷及动力学计算等20篇发表规范及标准机组技术规范及测试标准等6项报批稿人才培养博士、硕士研究生18人学位证核心技术骨干50人职称证项目成果呈现形项目成果呈现形式及测试方法式及测试方法指南考核指标预期成果海上直驱和增速型2 种风电机组（5MW）取得整机型式认证5MW增速

20、型与6MW直驱型海上风电机组均取得整机型式认证主要部件实现国产化传动链、电控等主要部件均实现国产化至少在10万千瓦以上风电场实现技术验证，并网运行时间1年以上，平均故障间隔时间3000h增速型和直驱型风电机组各在不少于10万千瓦海上风电场实现技术验证并网运行时间一年以上，平均故障间隔时间3000h完成整机集成全套工艺及台架试验平台研发；完成现场安装调试运行相关工艺及检测平台研制整机测试平台、运输安装智能调度平台等3类工艺装备生产、测试、运维装备等12套装备形成相关技术规范和测试标准体系海上风电机组整机和关键部件技术规范及测试标准6项总结：项目预期实现的主要技术指标全部满足且部分高于指南考核指标要求促进海上风电行业国产化水平，提升产业链整体协同创新能力引领我国海上风电技术达到国际先进水平海上风电工程化能力得到全面提升为大规模海上风电平价上网提供支撑培养海上风电研发、工程与运维的高层次人才队伍服务和支撑我国千亿市场规模的海上风电开发

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