Electromagnetic Study of MW-Class HTS Wind Turbine Generators

High temperature superconductor (HTS) technology enables a significant reduction in the size and weight of MW-class generators for direct-drive wind turbine systems and reduce the cost of clean energy relative to conventional copper an permanent-magnet-based generators and gearbox. Using MAXWELL, we studied MW class superconducting synchronous machines. By comparison the weight, we concluded that HTS wind turbine with rotor iron is the heaviest and HTS wind turbine without rotor iron and stator teeth is the lightest. By comparison the flux density, HTS wind turbine without rotor iron is the least and HTS wind turbine without rotor iron and stator teeth is the largest. By comparison the cost, HTS wind turbine with rotor iron is the highest and the other two is almost the same. HTS wind turbine without rotor iron and stator teeth is the best type.

基于再热器再循环冷却技术的高压供汽方案探讨

在火电机组深度调峰成为常态化运行的前提下,对机组工业供汽的改造提出了更高的挑战。针对660 MW超临界机组高压供汽改造需求,提出以再热器再循环冷却技术为核心的3种供汽方案,并通过变工况热力计算分析方案的可行性及经济性。计算结果表明:30%及以上额定发电负荷在满足单机200 t/h、6.0 MPa、480℃供汽需求时,3种方案均可保证再热器在不超温的工况下安全运行,大幅提高机组宽负荷高压供汽能力;为了避免再热器出口流速超速,还需中调门配合参调运行,通过提高再热蒸汽压力以降低再热蒸汽流速;随着负荷的降低,满足额定供汽流量下的再热器再循环流量就会增加,方案1和方案3全工况下再循环流量相差不大,而方案2的高低负荷下再循环流量的比值可达5倍以上;3种供汽改造方案,方案2最节能,方案3次之,3种方案每年可分别产生3951、4445、4178万元的经济效益,但在实施过程中,对方案的选取要综合考虑投资成本、运行维护量及节能收益等因素。

高应变动测技术在如东海域大直径钢管桩基工程中的应用研究

基于江苏如东海域三根大直径敞口钢管桩的初打和复打高应变动测试验数据,提出了适用于该海域的桩端折减系数η的推荐值和承载力恢复计算公式,为该海域大直径钢管桩基础的承载力评估提供了技术依据。敞口钢管桩高应变试验数据显示,试验桩侧阻力的恢复系数都远大于端阻力的,且桩侧阻力随时间增长显著,但端阻力的增长却很小。基于此,推荐如东海域大直径敞开钢管桩的桩端阻力折减系数η取0.05进行估算。此外,通过桩基土体恢复和增长机理探讨,提出桩基承载力恢复计算公式,且验证误差在10%以内。

风电机组轴承高温故障分析及解决方案

风电机组在能源转型中起着至关重要的作用。然而,其中的轴承高温故障已成为一个突出问题,可能导致设备损坏甚至出现安全事故。文章对风电机组轴承高温故障的主要原因进行了分析,对高温故障的诊断与检测方法进行了探讨,提出了一系列的解决方案和建议,以增强风电机组的稳定性和可靠性。

极端高温下风力机叶片的性能分析

随着我国的气候的变化,初步探讨极端天气下风力机叶片的性能变化对提高风力机的可靠性具有一定的指导意义。选取750kW风力机叶片为研究对象,叶片材料选用碳纤维,在ANASYS Workbench中模拟极端高温下风力机叶片性能的变化。研究结果表明:碳纤维叶片极端高温下的等效应力、等效应变和位移和8月份平均最高温度下的相比分别增加了175%、180.7%和125.6%。这一结论将使在以后的叶片设计和生产中,积极考虑极端高温因素的影响。

超超临界二次再热机组汽轮机应用现状与展望

提高参数和采用二次再热技术是降低发电煤耗和节能减排的有效手段。目前国内已有多台高参数二次再热机组投运,总结这些机组的技术研发、运行经验,对我国燃煤机组进一步提升参数、开发更高效的二次再热机组有重要意义。本文介绍了国内外二次再热技术的发展历程,重点分析了国内已投运的华能安源发电有限责任公司、国电泰州发电有限公司、华能莱芜发电有限公司等二次再热机组汽轮机运行情况及存在的问题,结合当前清洁燃煤机组技术发展展望了我国超超临界二次再热机组汽轮机技术发展方向和关键技术,指出未来二次再热机组汽轮机技术必然向更高参数、更低背压、更灵活运行、全国产化方向发展。

基于Vine-Copula贝叶斯网络模型的风机高温降容状态评估方法

风电机组在齿轮箱油温过高时会导致机组限功率运行,影响机组发电效率。传统应对风机高温降容状态多采用阈值判断,反应迟缓,加剧风机齿轮箱劣化趋势。利用贝叶斯网络对风机高温降容状态进行评估,为提取并准确合理地利用机组数据采集与监视控制系统(supervisory control and data acquisition system,SCADA)各个相关状态参数之间的耦合特性,通过vine-Copula模型对机组各个状态参数进行相关性分析,建立更符合机组实际运行状态的贝叶斯概率图形网络,实现对机组高温降容状态的评估。通过交叉熵算法对模型输出结果进行评价,发现与朴素贝叶斯模型相比,vine-Copula贝叶斯网络评估结果更为精确可靠,所建模型更符合机组实际运行工况,能够为现场的运维人员制定准确合理的运行和维护方案提供参考。

基于随机森林和LSTM-自编码算法的风机高温降容状态智能检测方法

发电机、齿轮箱等风机部件的高温降容状态是表征风电机组亚健康状态的良好指标,其评估的准确性直接影响了后期人员、设备、资金等多种资源的投入的多少,以及运维方案的最终效果。为了尽可能真实客观反映风机高温降容状态,提出了一种基于随机森林和长短时记忆网络自编码(Long Short Term Memory-Autoencoder,LSTM-Aec)算法相结合的智能评估方法,该方法首先采用随机森林算法对SCADA系统采集的数据进行特征约简,再利用LSTM-Aec算法对风机高温降容状态进行评估检测。测试结果表明,基于该方法的风机高温降容状态评估的精确率和准确率分别达0.9809和0.9558,整体优于未经过特征约简的RNN-Aec算法和未经过特征约简的LSTM-Aec算法的评估检测方法以及传统分类算法。

基于分布式襟翼风力机桨叶的模型预测振动控制

大展弦比风力机桨叶是一个细长的柔性体,在气动弹性耦合下其受力和变形十分复杂。如何通过主动控制技术实现在复杂作用下达到减振降载的目的是一个关键问题。针对此问题,将风力机桨叶简化为在其展向分布尾缘襟翼的复合材料悬臂梁叠层板。通过Rayleigh-Ritz法得到桨叶的弹性变形模型,结合Theodorsen片条理论气动力,建立了桨叶的气弹模型。采用模型预测控制(MPC)技术设计了主动控制器,实现了桨叶的振动控制。仿真结果表明:分布式尾缘襟翼在预测控制器的调节下能有效减小桨叶挥舞和扭转振动。其中展长方向上桨叶中部和叶尖处挥舞振动位移分别减小约15%、30%,80%展长处的扭转振动位移减小约70%;系统响应收敛时间缩短约50%。

某660MW超临界锅炉抽高温再热蒸汽加热一次风系统改造效果分析

通过介绍某660MW超临界锅炉抽高温再热蒸汽加热一次风系统改造,解决锅炉制粉系统干燥出力不足,一次风率偏高,主蒸汽温度偏低,水冷壁局部壁温超温等问题,对比改造前后锅炉运行数据,为以后存在相同问题的锅炉改造提供一定的依据。

大湿度低温环境对风力发电场的影响

在我国北方地区的风电场,秋冬季的高湿度寒冷气候对风力发电场运行影响比较大。分析了大湿度低温条件下定桨距风力发电机组功率特性变化,总结了国外大湿度低温环境对风电场的影响,提出了针对大湿度低温条件下风力发电机组设计和风机排布所应采取的针对性措施。

上覆软黏土层对桩-筒复合基础承载性能的影响

中国大多数海洋场地存在上覆软弱地层,这种海床特性对海上风电场建设十分不利。为研究上覆软黏土层对新型桩-筒复合基础承载性能的影响,基于有限元软件ABAQUS,建立不同厚度的上覆软黏土层场地中桩-筒复合基础数值分析模型,分别对桩-筒复合基础施加单向荷载(V、H、M)和复合荷载(H-M),研究上覆软黏土层厚度对各向极限承载力、桩-筒复合基础中各结构荷载分担比以及初始刚度k_(init)的影响。结果表明:桩-筒复合基础各向极限承载力随着上覆软黏土层厚度的增加而减小,当上覆软黏土层厚度等于筒结构入土深度(b=6 m)时,桩-筒复合基础的竖向极限承载力降低了12.86%,水平极限承载力降低了46.55%,抗弯极限承载力降低了34.86%;桩-筒复合基础的初始刚度k_(init)随着上覆软黏土层厚度的增加而减小。海上风电桩-筒复合基础的设计应充分考虑上覆软黏土层对承载特性的影响。

高温氢还原法制备纳米硅/石墨烯复合材料的结构与电化学性能

将Hummers法制备的氧化石墨烯(graphene oxide,GO)与纳米硅粉进行超声复合和高温氢还原,制备锂离子电池用纳米硅/石墨烯(Si/G)复合材料。利用扫描电镜、透射电镜、X射线衍射和Raman光谱分析,对Si/G复合材料的形貌与结构进行分析与表征,并测试其电化学性能。结果表明,通过高温氢还原,氧化石墨烯全部还原为石墨烯,无其它杂质相生成。石墨烯包覆在纳米硅颗粒表面,形成层状复合结构;与纯纳米硅粉相比,Si/G复合材料的电化学性能明显提高,在300 m A/g电流密度下,首次放电比容量为2 915.0(m A·h)/g,首次充电比容量为1 080.5(m A·h)/g,20次循环后比容量稳定在969.6(m A·h)/g,库伦效率为99.8%;而纯纳米硅粉的首次放电比容量和首次充电比容量分别为932.7和349.4(m A·h)/g,20次循环后比容量仅为6.4(m A·h)/g。

MW级风电增速齿轮箱高速轴轴承高温问题研究

针对MW级风电增速齿轮箱经常发生高速轴轴承高温,导致风电机组无法正常工作的情况,以发生高速轴轴承高温问题的齿轮箱为研究对象,进行设计分析,找出影响轴承高温的3个因素:轴承摩擦功率损耗P_(bf)、轴承润滑油功率消耗P_(oil)及机舱空气温度T_c;对3个因素进行详细分析,从而找到相应的防范措施。同时,用分析的高温影响因素对风场运行中高速轴轴承高温机组进行排查,最终找出轴承高温原因为轴承游隙偏小所致。

海上风电机组高承台群桩基础整体协同作用下极限承载特性分析

高承台群桩基础是我国首次提出并获得广泛应用的新型海上风电机组基础结构型式。建立了高承台群桩基础数值模型,通过t-z、q-z和p-y曲线模拟桩土相互作用,以承台转角θ与力矩M关系曲线代表基础整体承载状态,采用基桩现场抗拔承载力测试数据对数值模型进行了验证。并基于上海东海大桥海上风电场示范工程风电机组基础结构,对不同加载方式、压拔承载力比值的基础进行了极限承载性能数值模拟,分析了基础的荷载传递、分配和整体协同作用,揭示了群桩中基桩极限承载性能与群桩基础整体极限承载性能的关系,提出了海上风电机组高桩混凝土承台群桩基础承载力控制标准的建议。

干粉灭火装置在风电机组低温环境下的应用研究

为了评估干粉灭火装置在极端低温环境下扑灭风电机组火灾的灭火效能,建立了2 m^3小空间和56 m^3大空间灭火试验装置,在-30℃低温条件下利用干粉灭火装置开展了多次灭火试验,测试灭火装置的启动性能、喷射性能和灭火性能。试验表明,干粉灭火装置在低温条件下能够正常启动喷放,超细干粉的灭火性能未受低温条件影响,可以扑灭风电机组内A类和B类可燃物。低温条件对干粉的扩散蔓延特性影响显著,若采用全淹没灭火方式进行消防设计,宜开展灭火试验进行有效性验证。

66 kV高导热风机电缆载流量与温升特性研究

构建以海上风电等为新增电源主体的新型电力系统是实现碳达峰、碳中和目标的重大战略,作为其关键装备——66 kV柔性电缆已成为目前10MW以上海上风机的主流集电方式,但其工作环境恶劣、散热条件差,迫切需要实现该型电缆载流能力的提升。因此本文制备了高导热主绝缘与护套材料,并通过有限元仿真模拟了高导热66 kV风机电缆载流量提升效果,使用解析法计算了不同负载下高导热电缆的载流能力。研究发现,改性材料与原材料相比,具有更好的电气绝缘性能,且绝缘材料与护套材料导热系数分别提升90%与52%,并使66 kV风机电缆载流量由682 A提升至720.2 A;相同负载电流下高导热电缆最大温度下降8.4℃。研究结果为高压风机电缆载流量提升提供了有效方法,同时为高压三芯电缆仿真计算提供了相关参考。

风力发电机组齿轮箱油温高原因及散热改造方案分析

通过论述风力发电机组齿轮箱油温高的原因及存在的危害,结合齿轮油散热系统工作原理,提出了相应的解决方案和措施。风电场根据实际情况选择合理的处理方案,可有效降低齿轮箱油温,避免齿轮油超温停机,延长齿轮箱整体使用寿命。

核壳乳胶的制备及其对阻尼涂料性能的影响研究

本研究采用预乳化半连续滴加的方式,以甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、苯乙烯为主要单体,聚合出性能优异的核壳结构水性丙烯酸乳胶。探究了乳胶结构、交联剂及链转移剂对乳胶及水性阻尼涂料性能的影响。根据实际应用结果,进行乳胶配方优化,得出水性阻尼涂料用耐高温烘烤高阻尼乳胶优化配方。最终结果表明:当核壳比为3∶7,玻璃化转变温度分别为20℃与-10℃时,可以形成稳定的核壳结构。相比于普通结构乳胶,以该乳胶为主要原料制备的水性阻尼涂料,高温烘烤表面平整,有不起泡、无裂纹的特点,且阻尼值高。

某近海风电场风机基础选型设计

[目的]自2022年起,海上风电的国家补贴将全面退出。海上风电机组基础是风电机组的支撑结构,对海上风电场的安全运行起着至关重要的作用。在平价上网、“30·60”双碳目标和国家“十四五”能源规划等政策的指导下,合理地选择、设计海上风电机组基础,是海上风电场降本增效的有效手段。[方法]文章以某近海风电场风机基础选型设计为例,综合国内海上风电场的建设经验,进行基础型式比选;首先选择单桩基础、导管架基础和高桩承台基础3种基础型式进行初选,然后结合该近海风电场的海洋水文和地质条件,分析不同风机基础型式的适用水深及优缺点,从结构安全性、施工可行性、工期及工程经济性等方面进行了综合比选。[结果]研究表明:风机基础型式的选择与水深、土层地质条件、风电机组固有频率、施工安装设备能力、施工工期、工程造价等几个因素有关。单桩基础结构型式优良、施工可行、工期最短、经济性最优,优势明显。[结论]推荐该近海风电场风机基础采用单桩基础方案。