2020年11月30日,GE可再生能源在巴黎正式推出其Cypress 陸上風電機組平臺的6.0-164版本,這是GE公司推出的單機容量最大的陸上風電機組。之前ENERCON已經在幾年前就推出了陸上7.5MW的風機,只不過ENERCON這家具有性格的風機廠不愿把產品分享全世界。
根據GE發布的信息:GE推出的Cypress 6.0-164陸上風電機組將在2022年投入使用,相比他的上一個平臺Cypress5.3-158平臺,6.0-164 年發電量可提升11%,將采用兩段式葉片,使得物流運輸方面更加靈活,這是我所了解到的目前全球公開宣稱使用分段式葉片的陸上風力發電機組葉片,雖然有很多的風機廠家在進行研發,都一直沒有取得實質性的應用研究進展,但從GE收購了LM來看,LM在分段式葉片方面應該前期做了大量的工作。
分段式葉片將大大突破路上風電的資源開發風速區間
在上半年我寫的文章中專題提出,未來山地路上風電場兩個運輸難題:第一個就是低風速大葉輪直徑風機,第二個就是塔筒規格越來越大(雖然單位千瓦的重量下來了,但絕對重量和外形尺寸規格上去了)。而我提到的葉片解決方案最重要的一個解決方案就是使用分段式葉片。
分段式葉片的應用,將會解決兩個問題:
1,葉片的運輸困難。雖然有葉片舉升車,但隨著葉片長度的加長,其穿村過寨,各種空中電纜光纜,還有民居,其舉升運輸是存在天花板的,以GE的這個6MW機型為例,葉輪直徑達到164m,葉片長度接近81m,葉片本身的重量將達到30噸,其平均力矩載荷將達到1000噸.米以上,對舉升車而言,其要求將持續苛刻,也就意味著葉片的運輸單位千瓦成本持續增長。
2,葉片的制造困難。葉片長度超過80m以上,其葉片模具制造也會更加困難,葉片的制造難度同樣加大,當然單位千瓦的成本總體呈下降趨勢(單機容量加大導致邊際成本下降)。
分段式葉片的應用首先是風速較低的區域,其風機受力載荷相對要比高風速類型風機的小得多,加上現在應用碳纖維做主梁,長度80m左右的葉片可以減重20噸/臺以上,GE的6MW風機也考慮到了這個應用(LM的技術)。
葉片的開發困難會給未來風資源的開發帶來瓶頸限制。未來風電項目新增資源會越來越差,風速會越來越低;國土,林業以及生態紅線的限制,能給風電場的機位數越來越少,也就意味著單機容量會越來越大(我這里指的是南方的山地,平原風電場),如果按現有的整體式葉片方案,葉片無法運輸到指定機位,其風電場的開發就存在瓶頸。分段式葉片的應用,就極大的拓展了風資源開發范圍,5m/s,再到4m/s,也許葉片到100m都不再是難題,盡管碳中和和3060的目標指出,我們有近50億千瓦的可開發空間,實際絕大部分都在國土,林業和生態紅線范圍內,風好的地方,基本都是這些開發禁區,相信廣大風電前期工作者身有體會。
移動式葉片工廠或重出江湖,再次應用于大容量山地風電場
大容量單機風機葉片在南方山地風電場的應用還有一個巨大瓶頸:80多米的葉片下高速以后,都無法在省道,縣道上進行進行運輸,意味著倒運距離越來越長,根據目前葉片72m左右的葉片單位千瓦運費高達200-300元/kw,對于未來2500-2800元/kw銷售價格而言,就運費比例高達7-8%,即使未來降低2-5個百分點,5%的運費比例也是主機廠無法承受的價格。
如何解決?曾經我在2010年云南開創的移動式葉片工廠(現場葉片制造方案)或可解決這個難題。對于南方越來越多的小規模風電場基地,這種移動式葉片工廠方案具有極高的經濟效益,將大葉輪直徑的葉片模具做成2-3段,直接在風電場區域內進行現場制造,工藝和質量嚴格按要求執行,根據我當年的方案,可以將運費的比例縮小至50元/kw,這對未來低成本風電主機的應用具有相當重要的意義。
當然這個方案有幾個條件需要考慮清楚:一個是非山嶺呈線性排布風機的風電場,二是必須有至少15萬千瓦以上的規模,第三個是運輸條件和倒運距離確實非常長,倒運成本太高。還有就是分段式葉片沒得到應用。如果這個條件都符合,我之前開創的移動式葉片工廠完全可以考慮。
當然,葉片的質量必須嚴格控制,這個生產與生產地點無關,至于生產工藝和質量控制有關。而且隨著葉片生產的模塊化,原材料、模具、工裝以及后處理都已經實現了部分半自動化生產,其質量可靠性得到了極大的提升。
GE公開的6.0MW機型樣機圖
根據GE發布的信息:GE推出的Cypress 6.0-164陸上風電機組將在2022年投入使用,相比他的上一個平臺Cypress5.3-158平臺,6.0-164 年發電量可提升11%,將采用兩段式葉片,使得物流運輸方面更加靈活,這是我所了解到的目前全球公開宣稱使用分段式葉片的陸上風力發電機組葉片,雖然有很多的風機廠家在進行研發,都一直沒有取得實質性的應用研究進展,但從GE收購了LM來看,LM在分段式葉片方面應該前期做了大量的工作。
分段式葉片將大大突破路上風電的資源開發風速區間
在上半年我寫的文章中專題提出,未來山地路上風電場兩個運輸難題:第一個就是低風速大葉輪直徑風機,第二個就是塔筒規格越來越大(雖然單位千瓦的重量下來了,但絕對重量和外形尺寸規格上去了)。而我提到的葉片解決方案最重要的一個解決方案就是使用分段式葉片。
分段式葉片的應用,將會解決兩個問題:
1,葉片的運輸困難。雖然有葉片舉升車,但隨著葉片長度的加長,其穿村過寨,各種空中電纜光纜,還有民居,其舉升運輸是存在天花板的,以GE的這個6MW機型為例,葉輪直徑達到164m,葉片長度接近81m,葉片本身的重量將達到30噸,其平均力矩載荷將達到1000噸.米以上,對舉升車而言,其要求將持續苛刻,也就意味著葉片的運輸單位千瓦成本持續增長。
2,葉片的制造困難。葉片長度超過80m以上,其葉片模具制造也會更加困難,葉片的制造難度同樣加大,當然單位千瓦的成本總體呈下降趨勢(單機容量加大導致邊際成本下降)。
分段式葉片的應用首先是風速較低的區域,其風機受力載荷相對要比高風速類型風機的小得多,加上現在應用碳纖維做主梁,長度80m左右的葉片可以減重20噸/臺以上,GE的6MW風機也考慮到了這個應用(LM的技術)。
葉片的開發困難會給未來風資源的開發帶來瓶頸限制。未來風電項目新增資源會越來越差,風速會越來越低;國土,林業以及生態紅線的限制,能給風電場的機位數越來越少,也就意味著單機容量會越來越大(我這里指的是南方的山地,平原風電場),如果按現有的整體式葉片方案,葉片無法運輸到指定機位,其風電場的開發就存在瓶頸。分段式葉片的應用,就極大的拓展了風資源開發范圍,5m/s,再到4m/s,也許葉片到100m都不再是難題,盡管碳中和和3060的目標指出,我們有近50億千瓦的可開發空間,實際絕大部分都在國土,林業和生態紅線范圍內,風好的地方,基本都是這些開發禁區,相信廣大風電前期工作者身有體會。
移動式葉片工廠或重出江湖,再次應用于大容量山地風電場
大容量單機風機葉片在南方山地風電場的應用還有一個巨大瓶頸:80多米的葉片下高速以后,都無法在省道,縣道上進行進行運輸,意味著倒運距離越來越長,根據目前葉片72m左右的葉片單位千瓦運費高達200-300元/kw,對于未來2500-2800元/kw銷售價格而言,就運費比例高達7-8%,即使未來降低2-5個百分點,5%的運費比例也是主機廠無法承受的價格。
移動式葉片工廠現場
如何解決?曾經我在2010年云南開創的移動式葉片工廠(現場葉片制造方案)或可解決這個難題。對于南方越來越多的小規模風電場基地,這種移動式葉片工廠方案具有極高的經濟效益,將大葉輪直徑的葉片模具做成2-3段,直接在風電場區域內進行現場制造,工藝和質量嚴格按要求執行,根據我當年的方案,可以將運費的比例縮小至50元/kw,這對未來低成本風電主機的應用具有相當重要的意義。
當然這個方案有幾個條件需要考慮清楚:一個是非山嶺呈線性排布風機的風電場,二是必須有至少15萬千瓦以上的規模,第三個是運輸條件和倒運距離確實非常長,倒運成本太高。還有就是分段式葉片沒得到應用。如果這個條件都符合,我之前開創的移動式葉片工廠完全可以考慮。
當然,葉片的質量必須嚴格控制,這個生產與生產地點無關,至于生產工藝和質量控制有關。而且隨著葉片生產的模塊化,原材料、模具、工裝以及后處理都已經實現了部分半自動化生產,其質量可靠性得到了極大的提升。