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CWPE2019:中國電器科學研究院陳川:從電氣設備服役環境出發探討海上風電“降本增效”_東方風力發電網
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CWPE2019:中國電器科學研究院陳川:從電氣設備服役環境出發探討海上風電“降本增效”

放大字體  縮小字體 發布日期:2019-11-28   來源:東方風力發電網  瀏覽次數:397
核心提示:2019年11月22—23日,第四屆中國風電電氣裝備與微電網技術高峰論壇暨中國電器工業協會風力發電電器設備分會二屆四次年會于江蘇蘇州召開,本次會議的主題是“智慧能源、智能制造、智控微網”。中國電器科學研究院股份有限公司高級工程師陳川在會上為大家帶來了題為《從電氣設備服役環境出發探討海上風電“降本增效”》的精彩演講。
   2019年11月22—23日,第四屆中國風電電氣裝備與微電網技術高峰論壇暨中國電器工業協會風力發電電器設備分會二屆四次年會于江蘇蘇州召開,本次會議的主題是“智慧能源、智能制造、智控微網”。中國電器科學研究院股份有限公司高級工程師陳川在會上為大家帶來了題為《從電氣設備服役環境出發探討海上風電“降本增效”》的精彩演講。


 
  以下為演講實錄:
 
  我今天演講的題目是從電氣設備服役環境出發探討海上風電降本增效,這個話題是大家關注的話題,我們是做電機設備服役環境的工作,做了近十年的時間。我們把這個問題拋出來有自己的想法,跟大家探討一下,可能有些地方說得不對,希望與各位專家會后進行交流。
 
  交流是幾個方面:貨樣環境電氣設備服役現狀,第二個海洋環境電氣設備成本舉控制,第三個服役環境控制新技術。
 
  簡單介紹一下我們公司,公司從1958年開始從事環境適應性工作,最開始是由東歐5國聯合組建的國家甲級一類綜合應用型研究機構,歷數于機械工業部,從事電器產品適應性研究。我們實驗室主要是做環境適應性相關工作,包括氣侯環境、機械環境、電磁環境、化學環境、生物環境對產品的影響,以及對產品電氣設備的服役環境的監測和檢測,還有評價和防護技術。
 
  首先是第一塊海洋環境電氣設備的服役現狀。
 
  大會的主題是微電網,在微電網這塊我們也做了相關的一些工作,在國內、國外都有微電網相關的示范工程,我們在廣東珠海萬山島和海南三沙的永興島做了微網項目做了相關的工作,主要是四高環境:高溫、高濕、高鹽、高輻照,以及腐蝕、老化、絕緣、散熱等對設備的影響。這是三沙永興島微網的情況,我們這邊用的多的是ISA71.04對環境腐蝕評價方法,它是分四個等級,也是利用相關的測試方法和測試的評價準則。可以看到在海南的三沙永興島是祖國最南端的城市,輻射環境是比較惡劣的,尤其是在戶外1號是陽臺,離海100米的距離,腐蝕速率是4萬多I每月,3號和5號一個是高低壓配電室和加油房,它只是采用了一個空調隔音、密封就可以把環境控制得比較好,大概只有200多I的每月的腐蝕速率。然后是海南萬山島微網,也是對光伏控制室、儲備能夠室進行了服役環境的監測,可以看到不同材料在不同的環境下腐蝕速率差別是很大的,碳鋼800多,其他的鋁合金只有一點幾,然后海鹽粒子,萬山島0.6,瓊海是0.5,而在瓊海的一個實驗室離海邊20公里相應的就弱很多了。可以看到各個的儲能室,因為萬山島開始的建設沒有考慮到相關的環境防護措施,但是環境防護措施也是G2—G3的等級。
 
  這是海水上面風電服役環境的等級的監測,7個風場10余種機型。采用ISO12944—2的評判標準,C1—CX6個等級,我這邊沒有列CX,因為我們的海洋環境并沒有等級表征中那么高,比如說江蘇、福建、廣東地區是C4—C5,有的只有C3,包括機艙、塔基只有C1、C2等級,基本上右側的這個放大的圖,基本上都是C1、C2的等級,只有少部分的數據是在C2的等級。再看看電氣設備內部的環境,我們對每臺機組20個點左右,選取了7個關鍵位置,塔基內、輪轂內、機艙內、機艙控制柜、輪轂虧之柜、交流其柜和塔基控制柜,基本上是G1、G2比較好的等級。然后看鹽霧監測,基本上是零點幾毫克每平方米每天的含量,我們采用的是國標的方法,也是ISO相關的干片法,這邊是我們的實驗裝置。看看溫濕的情況,我們采用機艙控制柜,可以看到大概是同一個海上風電廠,同一時期8家主機廠機艙控制柜溫濕度控制情況對比,每家主機廠商溫濕控制情況相差很大,相關的也沒有一個標準界定。比如說我們按照年平均溫度,機艙控制是10度的樣子,這在我們這邊對環境的影響差異很大。年平均新穎的濕度達到20%,還沒有參照月平均的,我也統計了一下月平均溫度最高相差30%,平均溫度最高15度,這是因為企業的通風散熱和防護等級影響是大的。包括我們電氣設備的高溫高濕還有高變速率差異很大,這會引起凝露、絕緣下降等問題。這是單樁塔筒常見的問題,由于海底本細菌分解和礦物巖導致的硫化氫的問題,下面我把硫化氫的腐蝕危害和對人體的危害進行了解讀,基本上3個PPM可以聞到,4個是有害怕,10個是臨界點,1000的話人立刻有問題了。這塊我沒有實測過但是很多的廠找過我們,因為一開始設計沒有考慮到這樣的問題,在單樁塔筒的底部有的風廠測算到10個PPM了,那人工作8個小時就有問題了,這也是關于污染氣體也有相關的標準界定這個事情。這是現場另外一個行業,比如說我們的其他行業中硫化氫還是比較普遍的,尤其是石油石化以及一些礦山,像他們的硫化腐蝕比較嚴重的,基本上一個月腐蝕就很嚴重了。然后這邊是一個腐蝕的濃度,硫化氫的濃度對腐蝕的影響,基本上可以看到零點零幾個PPM對于腐蝕速率很高的,尤其是等級是在零點零幾個PPM,一個月后筒就變黑了,這風廠提出的問題,也是大家后續需要關注的問題。
 
  然后是機械環境,這方面由于在做一些工作,基本上海上風電的基礎是幾種形式,每個形式振動情況不一樣,導致繼電器的跳閘、接線端子松動等。我們對海上風電也是做了監測,采用相關的方法對震動進行評判,尤其是后面的偏腐蝕的機組,震動更厲害一些,后面也要做相關的研究。另外海上風電面臨的環境問題較多,包括氣侯環境、震動環境和電磁環境,電磁環境我們以后也要多關注一點,環境的影響是漸變的過程,像慢性病,隱蔽性很強,造成的停機、失效與機械的故障是相當的。
 
  第二塊是海洋環境電機設備的成本與控制,這塊有些觀點跟大家今天的介紹不太相同,所以也是歡迎大家多交流和探討的。
 
  一般  我們說海上風廠的腐蝕防護基本上是全生命周期的腐蝕環境控制,從出廠、運輸、存儲、預安裝、海運、安裝、待機、運行等各個方面都需要相關的控制,我們更多的關注是在運行中,因為畢竟運行中的時間是整個生命周期最長的時間,包括溫濕度的監控,除濕、除鹽霧等相關的工作。就我們的了解,有些東西可能我這邊了解的信息不夠全,但是我就是根據我們的了解進行一個歸納。一般現在海上風廠都是借鑒國外的經驗,他們都會采用一個較高等級的防護產品,但是價格會很昂貴,基本上是普通型產品的2—4倍,我們也是對它相關的產品做過環境實驗和微觀分析,他們相關的產品確實很可靠,基本上都是采用氣隙防封堵的方式,但是海上風電是否需要這樣高等級的產品以及它是否可以防護20—25年。
 
  我簡單對比一下,國外的海上風電它的塔筒防護等級都是按照C3、C4的等級,根據我們的實測數據國內外海上風機無論是從腐蝕速率和鹽霧等級,國外是國內的3—8倍的范圍,可以看到在常采用的ISO的掛片法在國外的情況和國內的情況差別還是很大的。下面的兩個是我們經過一年,國內A3鋼沒變化,而國外的變化很大的,他們的腐蝕等級還是在C2,而國內的是在C1,這樣少了一個等級。國外海上風電環境的要求是否適合國內,是否從這個角度進行成本控制。我國海水4上風機腐蝕環境是否按照C4設計,是否有必要采用這么高等級的產品。這是我們和陸上進行的比較,海上風電進入內部的鹽霧濃度,基本上是相當于我們內陸的10—20倍的等級,基本上很難測到,我們的設備的臨界點基本上是在50公里這樣的范圍。海上風組從鹽霧和腐蝕的角度還是一個C1和C2等級的概念,其實等于說我們海上設備的腐蝕環境從鹽霧與陸上是差不多,是否還要考慮海上的鹽霧設計是需要探討的問題。還有溫濕度、鹽霧、振動等相關的環境應力作用。
 
  下面的是我個人的一些觀點,我們可以節省什么東西?電氣設備的防護等級是否可以從C3降到C2,我們的涂鍍層是否采用那么厚,還有是否采用與陸地上面相同防護工藝產品,國產品牌是否可以做相關的事情。還有維護方面,是否可以通過環境的監測去提前預判它的維護,另外是否可以減少運維次數和配件更換頻率。環境控制是很簡單的,控制成本也不過幾萬塊錢,但是海水上面風電采用的高防護等級產品,還有一些裝置可能達到百萬級或者是全生命周期的維護成本也是百萬級,損失的成本更多。最簡單的意思是最開始國外的風機都是塔筒,大家都有關注,它的角度比國內的小很多,還有它基礎鋼裝的厚度比國內的也要薄很多,這塊國內可能很多的業主和主機廠覺得我們產品多花點錢就可靠了,把環境這個東西精準控制了,可以沒必要花那么多的錢,尤其是在電氣設備這塊。因為國內的電氣設備包括通風設計和防護可能已經比較好了,所以我們的想法是通過我們的環境監測去用數據支撐來降低我們的成本。
 
  最近我們也在做一些工作,就是對于電氣設備的腐蝕環境進行界定,包括溫濕度的界定,以及全生命周期的鹽霧濃度的界定,還有振動等級的劃分也都是做相關的工作。
 
  最后講一下服役環境控制我們做了一些新的技術。因為現在在中廣核的海上工廠要求每臺機組都要裝一臺,包括塔筒和機艙內都要裝除鹽霧的濃度測試裝置,上面是測試裝置,下面是根據測鹽密開發的房子進行的鹽霧粒子的測量。講一下鹽霧過濾,我也發現三峽的每個風廠都會提到主機廠要配鹽霧過濾系統,機械是分離,海裝是船裝的過濾產品。鹽霧是海浪沖擊導致的飛沫是固態和液態不斷循環的過程,小于1微米漂浮在空中,大于1微米可能就沉降了,這個是機構給我們的圖,過濾器是有一些原理的,對于1微米到0.5微米這個級別,過濾效率是很差的,基本上它是靠MPPS是靠靜電攔截來應對鹽霧,在底下是靠篩效和慣性來應對鹽霧。我理解這個圖是沒道理的,相關的研究我們也是在做了。講一下我們在鹽霧過濾這塊所做的事情,我們今年也在開發一些鹽霧過濾的產品,包括提出的三級過濾系統,從初效過濾到長效化學過濾和高效過濾,價格比較低廉,維護周期長,降低海上設備制造成本和運維成本。不用改變海上風電原廠設計,把設備丟在塔筒里可以運轉,然后相關的情況我們做了監測和對比。另外是硫化氫的情況,石油石化處理方式多,主要是過濾棉、多孔催化材料,HEPA濾網和改性活性炭,達到90%的效率。
 
  最后講一下氣相防銹,主要氣相除濕等,這個我不多說了。我的報告就到這里,謝謝大家!
 
  (內容來自現場速記,未經本人審核)
 
 

 
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