2023海上風電產(chǎn)業(yè)鏈技術突破與提升

海上風電產(chǎn)業(yè)鏈技術突破與提升目

錄研究背景及目標任務分解與接口項目實施關鍵節(jié)點與實施計劃研究內(nèi)容及技術路線01020304Contents項目組織管理機制05預期成果與測試方法0601Part

One研究背景及目標海上風電是風電產(chǎn)業(yè)的技術制高點，是國家能源結構調(diào)整的戰(zhàn)略發(fā)展方向，未來國家能源供應重要組成部分。我國海上風資源儲量7.5億千瓦，國家在大力布局海上風電，目前已核準容量超過4000萬千瓦，海上風電即將進入快速發(fā)展時期。我國5MW及以上應用占比約7%，海上風電機組大型化是主要趨勢。國內(nèi)大型海上風電存在的主要問題：1、整體可靠性不高2、主要部件國產(chǎn)化配套能力不足3、產(chǎn)業(yè)鏈上協(xié)同性欠缺設計制造工程運維檢測標準測試裝備、檢測手段較弱，標準規(guī)范體系未形成。效率不高，未形成體系化；設計與國內(nèi)工況匹配程度不夠，制造自動化程度低、質(zhì)量穩(wěn)定性不高；亟待實施全鏈條優(yōu)化研究，在理論層面與技術層面進行突破和創(chuàng)新2017年國內(nèi)海上總裝機統(tǒng)計基于運行數(shù)據(jù)，揭示大型海上風電機組故障產(chǎn)生機理，構建可靠性增長方案；以平均故障間隔時間(MTBF)理論設計值3500小時為設計目標，開展5MW/6MW海上機組全鏈條關鍵技術研究；主要部件國產(chǎn)化，各在10萬千瓦以上風電場實現(xiàn)技術驗證；提升海上風電整體技術能力和產(chǎn)業(yè)化水平，滿足規(guī)?；_發(fā)的需求，為海上風電平價上網(wǎng)提供支撐。02Part

Two研究內(nèi)容及技術路線科學問題整機及關鍵部件故障產(chǎn)生機理和可靠性增長機制關鍵技術基于大型海上風電機組批量運行數(shù)據(jù)的可靠性模型驗證技術優(yōu)化設計、制造、降載協(xié)同控制的可靠性提升和系統(tǒng)集成技術電控系統(tǒng)協(xié)同優(yōu)化及機網(wǎng)柔化控制技術大型永磁發(fā)電機模塊化設計、制造及裝配技術整機及關鍵部件檢測裝備與系統(tǒng)檢測技術智能運輸調(diào)度平臺及批量安裝、調(diào)試工藝與智能化運維技術項目從整機與部件、制造與檢測、工程與應用三個層面設置研究內(nèi)容并開展研究可靠性增長理論故障識別及機理理論研究優(yōu)化設計制造技術檢測技術設計制造運輸?shù)跹b調(diào)試運維工程建設工程實施理論驗證技術驗證產(chǎn)品驗證應用驗證形成相關技術規(guī)范和測試標準2.2

研究思路從運行數(shù)據(jù)出發(fā)研究可靠性增長方案；對整機和主要零部件的優(yōu)化設計、批量制造、檢測技術、工程化技術進行研究；實現(xiàn)在各10萬千瓦風電場的技術應用驗證。研究對象5MW增速型與6MW直驅型海上風電機組增速型/直驅型風電機組和部件的優(yōu)化設計、批量制造、檢測技術指標分配方法指導三類平臺十二套裝備/裝置優(yōu)化驗證優(yōu)化驗證兩款機型認證應用驗證風電場技術驗證支撐建設驗證技術驗證大型海上風力發(fā)電機組及關鍵部件故障產(chǎn)生機理與可靠性增長機制一個科學問題六項關鍵技術基于中國海裝與上海電氣的批量大型海上風力發(fā)電機組運行數(shù)據(jù)的可靠性模型驗證技術以經(jīng)濟性為約束的風力發(fā)電機組及關鍵部件優(yōu)化設計、

先進制造和系統(tǒng)集成技術電控系統(tǒng)協(xié)同優(yōu)化及機網(wǎng)柔化控制技術大型永磁發(fā)電機模塊化設計、制造及裝配技術海上風力發(fā)電機組整機及關鍵部件檢測裝備與檢測技術多目標多要素自適應運輸調(diào)度平臺及批量安裝、調(diào)試工藝與智能化運維技術牽引支撐理論研究優(yōu)化設計、制造檢測工程應用驗證測試調(diào)度運維臺架試驗平臺智能運輸調(diào)度平臺整機及關鍵部件檢測裝備……5MW增速型6MW直驅型·課題一：大型海上風電機組及關鍵部件的可靠性與標準規(guī)范體系研究課題目標：建立可靠性分配流程及方案，提出各部件可靠性提升指標和路徑建立覆蓋海上風電設計制造、安裝調(diào)試與檢測的標準體系實施單位：中國海裝（牽頭）鑒衡認證、上海電氣、農(nóng)機協(xié)會風力機械分會。課題二：5MW

增速型海上風電機組系統(tǒng)優(yōu)化設計、先進制造及驗證技術課題目標：研究5MW增速機型的優(yōu)化設計、制造技術研究面向降載荷的協(xié)同控制技術；研究電控系統(tǒng)、葉片的優(yōu)化設計及批量制造技術實施單位：中國海裝（牽頭）重慶大學、雙瑞葉片、科凱前衛(wèi)、華昭電氣課題三：

6MW

級直驅型海上風電機組系統(tǒng)優(yōu)化設計、先進制造及驗證技術課題目標：研究6MW級直驅型海上機組的多性能指標優(yōu)化設計；研究變槳-變流-主控協(xié)調(diào)控制方法開發(fā)電控系統(tǒng)協(xié)同優(yōu)化控制及機網(wǎng)柔化控制技術實施單位：上海電氣（牽頭）上海交大、中復聯(lián)眾、禾望電力、上電電子課題四：傳動鏈關鍵部件優(yōu)化設計和批量制造工藝及檢測技術課題目標：研究基于可靠性增長的傳動鏈動態(tài)分析與優(yōu)化傳動鏈關鍵部件優(yōu)化設計傳動鏈關鍵部件批量制造工藝優(yōu)化、傳動鏈關鍵部件檢測技術實施單位：華北電力大學（牽頭）浙江大學、上海電機、中船電機、重齒公司課題五：

智能運輸、現(xiàn)場批量安裝調(diào)試運行工藝技術和檢測裝備及技術驗證課題目標：大型海上風電機組自適應運輸調(diào)度決策平臺開發(fā)海上批量安裝、調(diào)試、檢測裝備升級及工藝改進基于容錯設計及自動故障診斷的機組智能運維技術5MW增速型和6MW直驅型在各100MW海上風電場技術驗證。實施單位：華能國際（牽頭）華能清能院、海裝工程、上海電氣、中交一航司、華勘院理論創(chuàng)新整機優(yōu)化部件優(yōu)化安裝調(diào)試運行優(yōu)化慣性傳遞“電壓源”型控制方法大型海上風電機組智能運輸、模塊化安裝和調(diào)試技術大功率永磁風力發(fā)電機模塊化設計技術大型海上風電機組系統(tǒng)集成優(yōu)化設計技術基于海上風電機組運行數(shù)據(jù)的可靠性指標分配方法本項目的協(xié)同優(yōu)化研究貫穿全鏈條，在理論層面與技術層面進行突破和創(chuàng)新03Part

Three任務分解與接口中國海裝上海電氣禾望電氣雙瑞葉片中復連眾重慶齒輪箱中船電機

?

上海電機科凱前衛(wèi)上電電子重慶華昭華北電力大學上海交通大學浙江大學重慶大學華能清潔能源研究院鑒衡認證風力機械分會項目團隊涵蓋了海上風電設計、制造、安裝、檢測全流程的科研能力，形成學科交叉、優(yōu)勢互補、產(chǎn)學研用的協(xié)同創(chuàng)新體系3.2

研究團隊組成華能國際中交一航司海裝工程任務1AB1.可靠性建模2.可靠性增長目標分配3.可靠性故障機理分析4.可靠性增長程序ABCD中國船舶重工集團海裝風電股份有限公司上海電氣風電集團有限公司北京鑒衡認證中心有限公司中國農(nóng)業(yè)機械工業(yè)協(xié)會風力機械分會5.可靠性驗證技術任務2任務3DC課題2

5MW增速型海上風電機組系統(tǒng)優(yōu)化設計、先進制造及驗證技術課題3

6MW直驅型海上風電機組系統(tǒng)優(yōu)化設計、先進制造及驗證技術課題4

傳動鏈關鍵部件優(yōu)化設計和批量制造工藝及檢測技術課題5

10萬千瓦風場技術應用驗證AB1.傳動鏈可靠性建模2.傳動鏈可靠性分配及增長3.傳動鏈可靠性驗證1.海上風電標準現(xiàn)狀研究2.海上風電標準體系建設3.海上風電標準規(guī)范制定AB

子課題2 A

BB電控系統(tǒng)協(xié)同優(yōu)化設計方案仿真建模仿真測試驗證慣性傳遞電壓源控制技術研究

子課題4

A

DD變流器結構及性能優(yōu)化設計批量制造工藝及裝備設計開發(fā)檢測測試技術及臺架企業(yè)標準及規(guī)范課題4-子課題4、5A

F磁路設計模塊化結構設計批量制造工藝及裝備設計開發(fā)檢測測試技術及臺架檢測測試技術及臺架GA

G整機集成優(yōu)化設計A變流器、變槳、主控協(xié)同優(yōu)化設計葉片優(yōu)化設計塔筒-基礎一體化設計整機批量制造工藝及檢測測試A整機結構一體化設計整機批量制造工藝及檢測測試批量制造工藝及裝備標準規(guī)范國家、行業(yè)標準企業(yè)標準及規(guī)范A BCD E子課題1

子課題3

A

CC葉片結構優(yōu)化設計葉片工藝及裝備研究開發(fā)葉片檢測技術及測試企業(yè)標準及規(guī)范子課題5A

EC主控柜產(chǎn)品結構優(yōu)化批量制造工藝及裝備設計開發(fā)測試技術及臺架企業(yè)標準及規(guī)范課題5

10萬千瓦風場技術應用驗證ABCDE上海電氣風電集團有限公司上海交通大學連云港中復連眾復合材料集團有限公司深圳市禾望電氣股份有限公司上海電氣電力電子有限公司FG浙江大學上海電氣集團上海電機廠有限公司ABCDE華能國際電力股份有限公司中國華能集團清潔能源技術研究院有限公司中交第一航務工程局有限公司重慶海裝風電工程技術有限公司上海電氣風電集團有限公司F中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司

子課題1 FB作業(yè)窗口期約束條件判定研究自適應船只行駛路徑規(guī)劃算法風電場海洋水文氣象特征研究BC

F

子課題4 智能裝備定維巡檢技術研究風電場智能運維調(diào)度管理系統(tǒng)開發(fā)容錯設計的機組智能運維技術研究E機組自動故障診斷技術研究A

BD

ED

ED

E

子課題3 E機組自動化檢測系統(tǒng)和裝備研制批量調(diào)試技術及工藝研究半物理仿真的機組模塊調(diào)試技術研究及裝備研制D

ED

E5MW增速型海上風電機組10萬千瓦風電場應用驗證工程設計機組安裝與調(diào)試風電場運維6MW直驅型海上風電機組10萬千瓦風電場應用驗證總結完善子課題5CABDFCABEF課題2、3可靠性提升的5MW增速型海上風電機組可靠性提升的6MW直驅型海上風電機組

子課題2 E葉片螺栓自動化張緊設備研制免過駁單葉片安裝工藝研究及設備研制輔助支腿平臺升級改造研究C葉片螺栓自動化力矩檢測設備研制04PartFour項目實施關鍵節(jié)點與實施計劃2022年度2021年度2020年度2019年度理論研究應用驗證完成兩類機型各10萬千瓦海上風電場實際運行1年完成基于實際數(shù)據(jù)的整機及關鍵部件驗證形成相關技術規(guī)范和測試標準體系完成各任務與考核指標，完成項目績效綜合評價工程實施完成優(yōu)化設計、批量制造、檢測技術的生產(chǎn)應用完成運輸調(diào)度平臺、智能運維等平臺的開發(fā)和應用完善海上風電機組標準體系構建完成2*10萬千瓦試驗風電場建設工作設計制造提出兩類海上風電機組可靠性指標分配方案完成優(yōu)化設計、批量制造、檢測技術研究部分完成海上風電機組標準體系構建完成交通運輸調(diào)度平臺、智能運維系統(tǒng)的技術研究項目啟動，完成調(diào)研，確定總體研究方案完成基于運行數(shù)據(jù)的可靠性模型分配技術仿真完成整機及關鍵部件的設計仿真研究完成指導優(yōu)化設計的技術報告05PartFive項目組織管理機制

依據(jù)國家科技部關于科技項目管理、項目經(jīng)費管理制度建立了《大型海上風電機組及關鍵部件優(yōu)化設計及批量化制造、安裝調(diào)試與運行關鍵技術項目管理及實施辦法》中國海裝、上海電氣、華能國際大國企規(guī)范并成體系的科技管理相關制度為本項目、課題制定了專項管理方案、計劃、圖表等《項目工作手冊》《項目管理及實施辦法》科研管理相關制度、流程體系交流及檢查機制實施過程動態(tài)完善《大型海上風電機組及關鍵部件優(yōu)化設計及批量化制造、安裝調(diào)試與運行關鍵技術》，序號風險類別風險內(nèi)容風險發(fā)生可能性涉及的研發(fā)任務預防風險或減少風險損失的措施1

技術風險□市場風險□政策風險□其他空氣動力學、彈性力學、材料科學、電力電子、海洋工程等多學科交叉的系統(tǒng)科學和工程研究與其他學科領域的技術融合□高□中

低本項目充分調(diào)研與交流，加強基礎理論與應用技術的結合整合優(yōu)勢資源，充分發(fā)揮平臺作用2□技術風險□市場風險

政策風險□其他從2019年起，新增核準的集中式陸上風電和海上風電應通過競爭方式配置和確定上網(wǎng)電價?！醺摺踔?/p>

低課題五增加應用驗證區(qū)域工程及數(shù)量，形成替代性3□技術風險□市場風險□政策風險

其他驗證風場的落實風險□高□中

低本項目項目已核準預留機位及并簽訂相應協(xié)議。按照協(xié)議各自預留10萬kw以上的風場。06PartSix預期成果與測試方法類型內(nèi)容指標測試方法關鍵技術5MW增速型和6MW直驅型海上風電機組及關鍵零部件設計、制造、調(diào)試和運行技術6項技術報告現(xiàn)場見證專家評審平臺零部件及整機測試平臺、運輸安裝智能調(diào)度平臺、調(diào)試檢測運維平臺3項專家評審裝置/裝備生產(chǎn)、測試、運維裝置或裝備12套專家評審整機優(yōu)化后的5MW增速型和6MW直驅型海上風電機組通過型式認證第三方認證技術驗證增速型和直驅型風電機組在各10萬千瓦級海上風電場實現(xiàn)技術驗證，運行時間一年以上，平均故障間隔時間大于3000h2項運行報告專家評審發(fā)明專利整機設計及測試相關技術等5項受理書論文可靠檢驗方法，載荷及動力學計算