智能雙模技術(shù)為什么能提升雙饋機組的發(fā)電效率

　　發(fā)電效率是風(fēng)機最核心的性能，而除去葉片能量捕獲效率高低和智能控制策略的優(yōu)劣外，機組機械傳動鏈及電氣傳動鏈的不同形式也是導(dǎo)致不同發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電效率有區(qū)別的重要因素。

　　一般來說，直驅(qū)全功率系統(tǒng)在低功率工況效率較高，雙饋系統(tǒng)在高功率工況效率較高。而遠(yuǎn)景推出的雙模風(fēng)機兼顧直驅(qū)全功率和雙饋風(fēng)機的優(yōu)勢，并且有最好的風(fēng)能捕獲優(yōu)勢，在高風(fēng)速工況和低風(fēng)速工況均有較高的發(fā)電效率。這是怎么做到的呢?

　　要搞清楚這個問題，需要先風(fēng)力發(fā)電機轉(zhuǎn)速與發(fā)電量的關(guān)系了解直驅(qū)和雙饋兩種典型發(fā)電系統(tǒng)的效率特性，請看下圖。

不同發(fā)電系統(tǒng)效率對比圖

　　從圖中可以看出：發(fā)電系統(tǒng)運行在47%以下額定功率段時，直驅(qū)由于沒有齒輪箱損耗，且發(fā)電機效率較高，所以具有最好的效率表現(xiàn)。而傳統(tǒng)的雙饋機組在轉(zhuǎn)速很低時，轉(zhuǎn)子開口電壓與轉(zhuǎn)速呈反比關(guān)系，而轉(zhuǎn)子繞組的開口電壓過高會導(dǎo)致變頻器過電壓，因此低速段一般采用恒定轉(zhuǎn)速運行，這使得在低風(fēng)速工況風(fēng)機不能保證最優(yōu)能力捕獲。另外，雙饋發(fā)電機的定子一直與電網(wǎng)連接，電機勵磁損耗恒定，因此較之雙饋風(fēng)機，直驅(qū)風(fēng)機在低速區(qū)間運行時效率較高。

　　然而，在47%額定功率以上的中高風(fēng)速工況下，情況就發(fā)生了反轉(zhuǎn)。雙饋風(fēng)機通常只需配置一臺1/3容量的變頻器，而直驅(qū)風(fēng)機采用全功率變頻器，因此同等輸出功率條件下?lián)p耗接近雙饋變頻器的3倍。2014年，遠(yuǎn)景推出國內(nèi)首創(chuàng)的2.5MW雙饋風(fēng)冷變頻器，正是得益于雙饋變頻器功率低損耗小，風(fēng)冷設(shè)計仍能夠滿足散熱要求。

　　而直驅(qū)機型變頻器電氣損耗大大增加，需要水冷設(shè)計才能滿足散熱要求，隨之帶來的冷卻系統(tǒng)能耗也增大。另外，由于沒有齒輪箱，直驅(qū)全功率型發(fā)電機的額定轉(zhuǎn)速很低，必須采用多極發(fā)電機設(shè)計實現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出。目前受電機設(shè)計和電磁材料技術(shù)的局限，必須通過增大直驅(qū)全功率發(fā)電機的體積來實現(xiàn)所需要的轉(zhuǎn)矩輸出。基于經(jīng)濟性的考慮，通常直驅(qū)全功率永磁發(fā)電機一般設(shè)計的最優(yōu)效率工作點在額定功率的1/3到1/2，以實現(xiàn)發(fā)電機的性價比優(yōu)化，其結(jié)果是發(fā)電機在1/3額定功率以上運行時的效率明顯降低。而雙饋電機的電氣損耗隨著功率增大變化較不明顯，甚至勵磁損耗在整個功率段維持恒定不變。因此較之直驅(qū)風(fēng)機，雙饋風(fēng)機在高風(fēng)速區(qū)間運行時效率更高。

　　雖然兩種發(fā)電系統(tǒng)在不同風(fēng)速期間的表現(xiàn)已經(jīng)有了定論，但業(yè)界更關(guān)注的問題是：在低風(fēng)速風(fēng)電場，到底哪種技術(shù)路線從效率表現(xiàn)的特點上，能夠具有更好的發(fā)電量表現(xiàn)，因為這關(guān)系到風(fēng)電場的實際收益。

　　首先要了解的是，風(fēng)場的風(fēng)頻呈Weibull分布，實時風(fēng)速在平均風(fēng)速上、下的時間占比相當(dāng)，但由于低風(fēng)速區(qū)域輸出功率低，因此風(fēng)電場的發(fā)電量收益更大程度上依賴中高風(fēng)速大功率區(qū)域。以遠(yuǎn)景某真實的典型低風(fēng)速風(fēng)場數(shù)據(jù)為例，全功率效率占優(yōu)區(qū)間年發(fā)電量占比為29.5%，雙饋效率占優(yōu)區(qū)間年發(fā)電量占比為70.5%。

　　另外，由于葉輪直徑大的風(fēng)機擁有更優(yōu)越的發(fā)電性能，近年來，風(fēng)機一直在朝著更大葉輪直徑方向發(fā)展，這意味著兩種發(fā)電系統(tǒng)效率分界點也在向著更低風(fēng)速區(qū)域移動，而風(fēng)場的風(fēng)資源情況不變化，因此隨著葉片長度增加，風(fēng)機的中高風(fēng)速工況發(fā)電量收益占比會進(jìn)一步增大。

　　從發(fā)電性能表現(xiàn)看，雙饋型發(fā)電系統(tǒng)仍比全功率直驅(qū)型發(fā)電系統(tǒng)更具優(yōu)勢，且隨著葉輪直徑增大優(yōu)勢會進(jìn)一步拉大。

　　了解了直驅(qū)和雙饋發(fā)電系統(tǒng)各自的優(yōu)勢，現(xiàn)在請你來看看遠(yuǎn)景智能雙模風(fēng)機技術(shù)的優(yōu)勢到底體現(xiàn)在什么地方?!

　　在傳統(tǒng)雙饋風(fēng)機的基礎(chǔ)上，遠(yuǎn)景雙模風(fēng)機增加了一種全功率運行的發(fā)電模式，故稱作雙模機組，這種獨特的解決方案是基于雙饋和直驅(qū)優(yōu)勢互補的新型發(fā)電系統(tǒng)，也就是說，雙模發(fā)電系統(tǒng)在低風(fēng)速段的發(fā)電效率僅稍次于直驅(qū)型系統(tǒng)，從而在高風(fēng)速段和低風(fēng)速段均有優(yōu)越的發(fā)電性能，如下圖所示。

雙模發(fā)電系統(tǒng)效率圖

　　需要詳細(xì)解釋的是，雙模機組在低風(fēng)速工況發(fā)電機由雙饋電機模式轉(zhuǎn)變?yōu)槿β誓Ｊ?，在此模式下，轉(zhuǎn)子開口電壓與轉(zhuǎn)速呈正比關(guān)系，由此突破了傳統(tǒng)雙饋機組的運行轉(zhuǎn)速下限，實現(xiàn)風(fēng)機在整個風(fēng)速段的最佳能力捕獲效率。另外，全功率模式下，發(fā)電機與電網(wǎng)不直接連接，通過優(yōu)化的電機勵磁控制方法還能夠大大提高電氣傳動鏈發(fā)電效率。

　　由此，在低風(fēng)速工況和高風(fēng)速工況采用不同的傳動鏈拓?fù)湫问?，配合智能的切換控制算法，依據(jù)風(fēng)場湍流強度等動態(tài)風(fēng)況特征，實時計算切換閾值并調(diào)整切換模式，實現(xiàn)風(fēng)能的最優(yōu)捕獲。

　　下兩幅圖為兩種工作模式的能量流動示意圖和兩種工作模式的切換圖。在低風(fēng)速、小功率段所有能量均通過變頻器傳送至電網(wǎng)，變頻器做全功率變頻器運行。

　　在高風(fēng)速、大功率段變頻器仍做部分容量變頻器運行。

遠(yuǎn)景雙模機組兩種工作模式能量流動示意圖

兩種工作模式切換示意圖

　　接下來還是用事實說話，以遠(yuǎn)景某款低風(fēng)速風(fēng)機產(chǎn)品為例，理論功率曲線提升情況如下圖所示。

理論功率曲線提升

　　值得提醒的是，采用雙模技術(shù)的風(fēng)機可運行時間被大幅提高，現(xiàn)場運行效果明顯：在風(fēng)速特別低的時候，幾乎所有的雙饋風(fēng)機都小風(fēng)停機，但是經(jīng)過雙模改造的風(fēng)機仍然持續(xù)運行發(fā)電。

　　再看一組數(shù)據(jù)對比吧!下圖是國內(nèi)某風(fēng)場的運行統(tǒng)計數(shù)據(jù)圖，其中WTG_25為遠(yuǎn)景智能雙模機組(其風(fēng)力發(fā)電機轉(zhuǎn)速與發(fā)電量的關(guān)系他為普通雙饋機組)。你看，雙模機組能夠顯著提高低風(fēng)速段的發(fā)電量。

國內(nèi)某風(fēng)場雙模風(fēng)機運行數(shù)據(jù)

　　看完理論分析和實際運行數(shù)據(jù)，相信你已經(jīng)明白了，雙饋機組在高風(fēng)速工況有更大的優(yōu)勢，而全功率型機組在低風(fēng)速工況下有更高的發(fā)電效率，遠(yuǎn)景雙模機組結(jié)合兩者之長，在低風(fēng)速工況采用全功率模式，在高風(fēng)速工況采用雙饋模式，從而實現(xiàn)全局的發(fā)電效率最優(yōu)。

　　除了針對低風(fēng)速、高風(fēng)速工況切換不同運行模式的優(yōu)勢外，遠(yuǎn)景雙模機組的另一個創(chuàng)新之處體現(xiàn)在一體化的集成優(yōu)化設(shè)計，遠(yuǎn)景作為整機廠商及有變頻器研發(fā)生產(chǎn)能力的公司，能夠打通變頻器、發(fā)電機、齒輪箱等硬件系統(tǒng)和軟件控制系統(tǒng)，通過與控制集成優(yōu)化設(shè)計，并結(jié)合系統(tǒng)載荷和風(fēng)況特征自適應(yīng)調(diào)整控制策略，實現(xiàn)整體風(fēng)能的全局最優(yōu)捕獲。

　　此外，通過優(yōu)化的電機勵磁控制算法，最大程度的降低電氣傳動鏈能量損耗。“開源節(jié)流”，極盡所能，讓風(fēng)機輸出更多發(fā)電量，為客戶創(chuàng)造更多價值。

　　可以說，雙模技術(shù)自2012年誕生后，已在多個風(fēng)場獲得批量應(yīng)用，從運行數(shù)據(jù)分析來看，雙模技術(shù)改造后，風(fēng)機的年發(fā)電量(AEP)比未改造的雙饋機組最高可提升近2%。 值得分享的是，遠(yuǎn)景研發(fā)團(tuán)隊深度挖掘傳統(tǒng)風(fēng)機運維痛點，通過智能雙模平臺支持電機的電動模式運行，方便了風(fēng)機安裝調(diào)試及輪轂內(nèi)運維，為未來葉片吊裝降本提供可能，同時降低電氣系統(tǒng)故障排查難度。此外，增加風(fēng)機的電氣制動模式，降低風(fēng)機對變槳剎車的高度依賴。你看，遠(yuǎn)景智能雙模技術(shù)可不只是提升發(fā)電量哦!

“遠(yuǎn)景” 這樣拓展遠(yuǎn)大前景

　　9年前進(jìn)入風(fēng)機制造領(lǐng)域時，位于江陰的遠(yuǎn)景能源純屬后來者。然而9年后的今天，它已經(jīng)是中國前三大風(fēng)機供應(yīng)商和全球最大的智慧能源管理公司。遠(yuǎn)景以它的精彩“進(jìn)化史”啟示世人，有效整合全球資源，打造創(chuàng)新“加速器”，可以成為企業(yè)后來居上的制勝之道。

　　得人才者得先機

　　超導(dǎo)風(fēng)機，被視為風(fēng)電技術(shù)的“珠穆朗瑪峰”，也是目前通往10MW級別及以上風(fēng)電機組的唯一路徑，是當(dāng)今風(fēng)電行業(yè)激烈角逐的領(lǐng)域。2015年7月，由遠(yuǎn)景能源主導(dǎo)研發(fā)的EcoSwing超導(dǎo)風(fēng)機項目獲得了全球最大的科研創(chuàng)新框架計劃——歐盟“地平線2020”計劃1億元人民幣的資助，這是迄今為止中國企業(yè)在歐盟獲得的最大金額的研發(fā)支持。專家預(yù)言：“憑借遠(yuǎn)景EcoSwing項目，中國將有望趕超美國，在超導(dǎo)風(fēng)機產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程方面實現(xiàn)后來居上?！?/p>

　　遠(yuǎn)景在超導(dǎo)風(fēng)機上贏得的“后發(fā)優(yōu)勢”，得益于其遍布三大洲、七個國家、十二座城市的國際頂尖研發(fā)團(tuán)隊。遠(yuǎn)景能源科技有限公司副總經(jīng)理李春陽告訴記者：“從最初的陸上智能風(fēng)機，到海上風(fēng)機，再到超導(dǎo)風(fēng)機，遠(yuǎn)景始終放眼全球，集聚業(yè)內(nèi)頂尖人才。我們從西門子、通用、福特以及歐盟的一些關(guān)鍵性科技機構(gòu)引進(jìn)了各方面的人才，這批人才成為遠(yuǎn)景最重要的發(fā)力點和突破的源泉。”

　　如今，在遠(yuǎn)景近1000名員工中，國際員工占20%，碩士博士超過60%，研發(fā)技術(shù)人員達(dá)到80%。以人才為核心，遠(yuǎn)景在丹麥錫爾克堡、德國漢堡、英國倫敦、美國休斯敦、硅谷、科羅拉多、中國上海、南京、江陰等地織起一張覆蓋全球的創(chuàng)新網(wǎng)，為企業(yè)貢獻(xiàn)了一個個明星產(chǎn)品：在行業(yè)內(nèi)率先研發(fā)并設(shè)計出“智能風(fēng)機”，徹底突破了傳統(tǒng)風(fēng)機的技術(shù)禁錮，使風(fēng)機發(fā)電效率提升20%;全球首創(chuàng)的低風(fēng)速風(fēng)機的研發(fā)和投產(chǎn)加速了中國風(fēng)電產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略調(diào)整的步伐，使得占中國風(fēng)資源60%以上的低風(fēng)速區(qū)域得到有效開發(fā);針對中國近海風(fēng)電開發(fā)設(shè)計的4兆瓦海上風(fēng)機，發(fā)電效率比同類產(chǎn)品高20%……依靠這些具有核心競爭力的產(chǎn)品，年輕的遠(yuǎn)景迅速奠定了全球領(lǐng)先地位。

　　“智慧服務(wù)”衍生核心價值

　　在遠(yuǎn)景能源，有一個業(yè)內(nèi)知名的智慧能源管理中心。在這個中心里，十幾位年輕的工程師管理著中國、美國、智利、墨西哥等地的70多個風(fēng)場、3000多臺風(fēng)機。運行工程師自豪地告訴記者：“毫不夸張地說，全球風(fēng)電業(yè)的中樞大腦，就在這里?！?/p>

　　在智能風(fēng)機制造領(lǐng)域奠定領(lǐng)先地位后，遠(yuǎn)景基于物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能等前沿技術(shù)，在能源管理和“能源互聯(lián)網(wǎng)”領(lǐng)域展開了一系列顛覆性的創(chuàng)新。2013年，由遠(yuǎn)景首創(chuàng)的Wind OS智慧風(fēng)場管理平臺，成功中標(biāo)美國最大的獨立新能源運營商Pattern能源風(fēng)電資產(chǎn)管理項目，將風(fēng)場的實際投資收益拉高10%;2014年，遠(yuǎn)景推出“格林威治”云平臺，借助大數(shù)據(jù)分析和高性能計算技術(shù)，為客戶提供風(fēng)電場規(guī)劃、設(shè)計、資源評估等全方位技術(shù)解決方案，將風(fēng)場建設(shè)投資的風(fēng)險降低20%;2014年，遠(yuǎn)景跨界進(jìn)入光伏行業(yè)，其研發(fā)的阿波羅評級TM產(chǎn)品，能夠有效幫助金融機構(gòu)管控電站投融資風(fēng)險，解決了長期困擾光伏行業(yè)的難題。

　　不斷挑戰(zhàn)行業(yè)“痛點”的矢志創(chuàng)新，為遠(yuǎn)景帶來了超越同行的新思路和新空間。從2011年推出智慧風(fēng)場Wind OS管理平臺以來，短短5年時間，遠(yuǎn)景從一個風(fēng)機制造商成功“進(jìn)化”成全球最大的智慧能源管理企業(yè)，管理著包括北美最大獨立新能源運營商Pattern能源、全球領(lǐng)先資產(chǎn)管理公司Brookfield、全球領(lǐng)先新能源開發(fā)商龍源、中廣核集團(tuán)等在內(nèi)的超過5000萬千瓦的全球新能源資產(chǎn)。由智慧風(fēng)場Wind OS管理平臺以及阿波羅平臺構(gòu)成的智慧能源全生命周期管理系統(tǒng)，更成為全球新能源行業(yè)的操作系統(tǒng)。

　　全維視角孕育“指數(shù)級突破”

　　“試想一下，你的前面有一堵墻，從這里走30步，可以走到墻邊?，F(xiàn)在，把你每一步的距離增加到上一步的2倍，30步之后，你會走到哪里?”

　　在遠(yuǎn)景的一次創(chuàng)新日上，遠(yuǎn)景CEO張雷，向員工們拋出了一個有趣的問題。臺下一幫“最強大腦”立即行動起來。一番精密計算后，大家得出了一個令人驚訝的結(jié)果：繞地球25圈?！澳憧?，這就是指數(shù)級改變帶來的指數(shù)級突破。”張雷說。

　　當(dāng)全球新能源時代大幕開啟，張雷，這位年輕的領(lǐng)軍者，正帶領(lǐng)遠(yuǎn)景走向一場更加浩大而深刻的“指數(shù)級”變革。今年上半年，遠(yuǎn)景成功中標(biāo)墨西哥90MW風(fēng)電項目，相繼投資了全球最大的電動汽車充電網(wǎng)絡(luò)公司ChargePoint以及全球領(lǐng)先的智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)技術(shù)公司Autogrid，還全資收購了歐洲第二大新能源資產(chǎn)管理軟件公司BazeField。隨著將戰(zhàn)略觸角延伸至充電網(wǎng)絡(luò)、能源大數(shù)據(jù)等更多前沿領(lǐng)域，遠(yuǎn)景的能源互聯(lián)網(wǎng)平臺在中國、北美、歐洲等市場的領(lǐng)導(dǎo)地位越發(fā)凸顯，它所致力構(gòu)建的全球能源互聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)也漸入佳境。

　　對于能源互聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)，張雷是這樣描述的：“能源互聯(lián)網(wǎng)能夠?qū)?shù)以十億計的發(fā)電設(shè)備、充電網(wǎng)絡(luò)、儲能電池及智能控制器等進(jìn)行智慧調(diào)配和管理。隨著這個智慧生態(tài)系統(tǒng)不斷進(jìn)化，人類將迎來一個更加清潔和可再生的能源時代?！?/p>

　　變革時代開啟，遠(yuǎn)景再次加速。記者了解到，隨著在全球范圍內(nèi)落子布局，遠(yuǎn)景今年的產(chǎn)值預(yù)計將突破200億元。未來5年內(nèi)，一家千億級的創(chuàng)新企業(yè)將有望在長江之畔巍然崛起。

　　江陰市經(jīng)信委主任王利峰說：“如果政府不斷優(yōu)化服務(wù)，就能幫助更多像遠(yuǎn)景一樣的企業(yè)通過創(chuàng)新發(fā)展攀上產(chǎn)業(yè)鏈高端。而這，正是我們展望的美好遠(yuǎn)景?！?/p>

美國前能源部副部長Arun加入遠(yuǎn)景能源全球董事會

　　近日，美國前能源部副部長Arun Majumdar加入遠(yuǎn)景能源全球董事會，風(fēng)力發(fā)電機轉(zhuǎn)速與發(fā)電量的關(guān)系他在能源科技領(lǐng)域的視野和格局將助力遠(yuǎn)景構(gòu)建未來能源系統(tǒng)，推動遠(yuǎn)景實現(xiàn)“解決人類可持續(xù)未來挑戰(zhàn)”的愿景。

　　Arun曾擔(dān)任美國能源部副部長、Google負(fù)責(zé)能源業(yè)務(wù)的副總裁。Arun在出任美國能源部副部長期間，主導(dǎo)創(chuàng)建了國家先進(jìn)能源研究計劃(ARPA-E)，每年投入數(shù)億美元，資助了可再生能源、儲能、能效等領(lǐng)域的革命性技術(shù)，旨在將高風(fēng)險的能源技術(shù)商業(yè)化，解決美國所面臨的最緊迫的能源挑戰(zhàn)。

　　2012年，Arun加入Google擔(dān)任負(fù)責(zé)能源業(yè)務(wù)的副總裁，負(fù)責(zé)“Energy Initiatives”項目，并為Google制定未來能源戰(zhàn)略。

　　Arun現(xiàn)任斯坦福Precourt能源研究院院長，目前研究重點在電網(wǎng)的數(shù)字化重構(gòu)，納米材料的熱能轉(zhuǎn)化與熱能傳輸極限。

　　Arun認(rèn)為，清潔能源領(lǐng)域的創(chuàng)新突破才是能源變革的核心驅(qū)動，未來人們屋頂上將隨處可見太陽能電池板，道路上將有數(shù)以萬計的電動汽車在行駛，風(fēng)能將在陸地上綿延千里，這些是未來能源系統(tǒng)的重要構(gòu)成。Arun介紹，“遠(yuǎn)景是能源界少有具備著硅谷基因的企業(yè)，這個公司有著驚人的原創(chuàng)能力，我非常認(rèn)同遠(yuǎn)景為人類可持續(xù)未來解決挑戰(zhàn)的使命，并且相信遠(yuǎn)景關(guān)于能源互聯(lián)網(wǎng)的愿景，我很高興能成為其中的一員，并貢獻(xiàn)自己的力量到這場歷史性的能源變革中。”

　　遠(yuǎn)景能源CEO張雷表示，“這場歷史性的能源轉(zhuǎn)型，注定只能由科技公司來主導(dǎo)。遠(yuǎn)景需要匯聚眾多國際頂級科技人才，共創(chuàng)能源美好未來。Arun的視野和格局將為這場能源變革注入強大的創(chuàng)新推動力。”