向井下局部地點進行通風的方法。按通風動力形式的不同,可分為局部通風機通風、礦井全風壓通風和引射器通風,其中以局部通風機通風最為常用。
一、局部通風機通風。局部通風機的常用通風方式有壓入式、抽出式、壓抽混合式。
壓入式通風:局部通風機及其附屬裝置安裝在距離掘進巷道口l0m以外的進風側(cè),將新鮮風流經(jīng)風筒輸送到掘進工作面,污風沿掘進巷道排出。
抽出式通風:局部通風機安裝在距離掘進巷道口10m以外的回風側(cè)。新鮮風流沿巷道流入,污風通過風筒由局部通風機抽出。
混合式通風:混合式通風是壓入式和抽出式兩種通風方式的聯(lián)合運用,其中壓入式向工作面供新鮮風流,抽出式從工作面抽出污風,其布置方式取決于掘進工作面空氣中污染物的空間分布和掘進、裝載機的位置。
二、礦井全風壓通風。全風壓通風是利用礦井主要通風機的風壓,借助導風設(shè)施把新鮮空氣引入掘進工作面。其通風量取決于可利用的風壓和風路風阻。
三、引射器通風。利用引射器產(chǎn)生的通風負壓,通過風筒導風的通風方法稱為引射器通風。引射器通風一般都采用壓入式。
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風機控制系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀及展看 |
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風機控制系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀及展看 |
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作者:東方電氣自控公司 陳建國 |
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我國風電行業(yè)目前的形勢
2005年以來,我國風電裝機以年均100%的速度快速發(fā)展,到2008年底,我國風電總裝機容量達到了1215萬千瓦,占世界風電總裝機容量的10%左右,這是一個相當驚人的增長。目前,從裝機容量來看,我國已成為亞洲第一、世界第四、風電裝機容量超千萬千瓦的風電大國。排在前三位的依次是美國、德國和西班牙,其裝機容量分別為2517萬、2390萬和1675萬千瓦。
需求的快速增長也帶動了我國風電設(shè)備制造業(yè)的快速發(fā)展。2004年,我國風機整機制造企業(yè)僅6家,目前明確進進風機整機制造的企業(yè)已超過70家,另外還有一些公司正在開展進進風機整機制造的前期預備工作,呈現(xiàn)出“你未唱罷我登場,百家風企競風騷”這樣一個喜憂參半的格式。喜的是經(jīng)過這些年的發(fā)展,內(nèi)資和合資企業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模不斷擴大、技術(shù)能力不斷增強、市場占有率上升很快。2004年,內(nèi)(合)資企業(yè)和外資企業(yè)占當年風電新增裝機的比例分別為25%和75%,而到2008年這一比例正好顛倒了過來,內(nèi)(合)資企業(yè)已經(jīng)在風電市場上占據(jù)盡對主導地位。至于這些整機制造廠家?guī)拥牧悴考a(chǎn)企業(yè)究竟有多少,更是一個無法正確統(tǒng)計的數(shù)字。這些風機整機制造企業(yè)及零部件企業(yè)的發(fā)展壯大,有力地促進了我國風電制造業(yè)技術(shù)水平和生產(chǎn)規(guī)模的進步。憂的是這70余家風機企業(yè)的技術(shù)水平、生產(chǎn)規(guī)模、服務(wù)能力參差不齊,真正形成規(guī)模、比較有競爭能力的還只有寥寥幾家,大多數(shù)企業(yè)對于未來面臨的巨大風險都估計不足,這是我國目前風電設(shè)備制造業(yè)存在的一個突出題目。
從未來的發(fā)展形勢來看,風電產(chǎn)業(yè)至少將有十多年的黃金發(fā)展期。從世界范圍來看,美國、德國等產(chǎn)業(yè)發(fā)達國家為解決能源短缺和環(huán)境污染題目,都將大規(guī)模發(fā)展風力發(fā)電作為主要解決方案。在我國,情況也是如此。2008年底,1215萬千瓦的風電裝機容量占我國電力總裝機容量的比例還僅為1.5%,預計到2020年這一比例將達到10%左右,即到2020年風電裝機容量將達到1.4億千瓦這樣的水平,這是十分可觀的數(shù)字。這表明,從宏觀形勢來看,風電行業(yè)大發(fā)展的高潮確實已經(jīng)到來。
風機控制系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀
風機的控制系統(tǒng)是風機的重要組成部分,它承擔著風機監(jiān)控、自動調(diào)節(jié)、實現(xiàn)最大風能捕捉以及保證良好的電網(wǎng)兼容性等重要任務(wù),它主要由監(jiān)控系統(tǒng)、主控系統(tǒng)、變槳控制系統(tǒng)以及變頻系統(tǒng)(變頻器)幾部分組成。各部分的主要功能如下:
監(jiān)控系統(tǒng)(SCADA):監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)對全風場風機狀況的監(jiān)視與啟、停操縱,它包括大型監(jiān)控軟件及完善的通訊網(wǎng)絡(luò)。
主控系統(tǒng):主控系統(tǒng)是風機控制系統(tǒng)的主體,它實現(xiàn)自動啟動、自動調(diào)向、自動調(diào)速、自動并網(wǎng)、自動解列、故障自動停機、自動電纜解繞及自動記錄與監(jiān)控等重要控制、保護功能。它對外的三個主要接口系統(tǒng)就是監(jiān)控系統(tǒng)、變槳控制系統(tǒng)以及變頻系統(tǒng)(變頻器),它與監(jiān)控系統(tǒng)接口完成風機實時數(shù)據(jù)及統(tǒng)計數(shù)據(jù)的交換,與變槳控制系統(tǒng)接口完成對葉片的控制,實現(xiàn)最大風能捕捉以及恒速運行,與變頻系統(tǒng)(變頻器)接口實現(xiàn)對有功功率以及無功功率的自動調(diào)節(jié)。
變槳控制系統(tǒng):與主控系統(tǒng)配合,通過對葉片節(jié)距角的控制,實現(xiàn)最大風能捕捉以及恒速運行,進步了風力發(fā)電機組的運行靈活性。目前來看,變槳控制系統(tǒng)的葉片驅(qū)動有液壓和電氣兩種方式,電氣驅(qū)動方式中又有采用交流電機和直流電機兩種不同方案。究竟采用何種方式主要取決于制造廠家多年來形成的技術(shù)路線及傳統(tǒng)。
變頻系統(tǒng)(變頻)器:與主控制系統(tǒng)接口,和發(fā)電機、電網(wǎng)連接,直接承擔著保證供電品質(zhì)、進步功率因素,滿足電網(wǎng)兼容性標準等重要作用。
從我國目前的情況來看,風機控制系統(tǒng)的上述各個組成部分的自主配套規(guī)模還相當不如人意,到目前為止對國外品牌的依靠仍然較大,還是風電設(shè)備制造業(yè)中最薄弱的環(huán)節(jié)。而風機其它部件,包括葉片、齒輪箱、發(fā)電機、軸承等核心部件已基本實現(xiàn)國產(chǎn)化配套(盡管質(zhì)量水平及運行狀況還不能令人滿足),之所以如此,原因主要有:
(1)我國在這一技術(shù)領(lǐng)域的起步較晚,尤其是對兆瓦級以上大功率機組變速恒頻控制技術(shù)的研究,更是最近幾年的事情,這比風機技術(shù)先進國家要落后二十年時間。前已述及,我國風電制造產(chǎn)業(yè)是從2005年開始的最近四年才得到快速發(fā)展的,國內(nèi)主要風機制造廠家為了快速搶占市場,都致力于擴大生產(chǎn)規(guī)模,無力對控制系統(tǒng)這樣的技術(shù)含量較高的產(chǎn)品進行自主開發(fā),因此多直接從MITA、Windtec等國外公司采購產(chǎn)品或引進技術(shù)。
(2)就風機控制系統(tǒng)本身的要求來看,確有它的特殊性和復雜性。從硬件來講,風機控制系統(tǒng)隨風機一起安裝在接近自然的環(huán)境中,工作有較大振動、大范圍的溫度變化、強電磁干擾這樣的復雜條件下,因此其硬件要求比一般系統(tǒng)要高得多。從軟件來講,風機要實現(xiàn)完全的自動控制,必須有一套與之相適應(yīng)的完善的控制軟件。主控系統(tǒng)、變槳系統(tǒng)和變頻器需要協(xié)同工作才能實現(xiàn)在較低風速下的最大風能捕捉、在中等風速下的定轉(zhuǎn)速以及在較大風速下的恒頻、恒功運行,這需要在這幾大部件中有一套先進、復雜的控制算法。國內(nèi)企業(yè)要完全自主把握確實需要一定時間。
(3)風機控制系統(tǒng)是與風機特性高度結(jié)合的系統(tǒng),包括主控、變槳和變頻器在內(nèi)的控制軟件不僅算法復雜,而且其各項參數(shù)的設(shè)定與風機本身聯(lián)系緊密,風機控制系統(tǒng)的任務(wù)不僅僅是實現(xiàn)對風機的高度自動化監(jiān)控以及向電網(wǎng)供電,而且還必須通過合適的控制實現(xiàn)風能捕捉的最大化和載荷的最小化,一般的自動化企業(yè)即使能研制出樣機,也很難得到驗證,推廣就更加困難。而中小規(guī)模的風機制造商又無力進行這樣的開發(fā)。
即便如此,國內(nèi)企業(yè)通過這幾年的努力,已經(jīng)在控制系統(tǒng)主要部件的開發(fā)上取得了積極進展,已基本形成了自主的技術(shù)開發(fā)能力,所欠缺的主要是產(chǎn)品的大規(guī)模投運業(yè)績以及技術(shù)和經(jīng)驗積累。比如,作為風機控制系統(tǒng)中技術(shù)含量最高的主控系統(tǒng)和變頻器,國內(nèi)企業(yè)在自主開發(fā)上已取得重要進展。東方自控經(jīng)過幾年的努力,已成功開發(fā)出DWS5000風機控制系統(tǒng),并已完成各種測試及風機運行驗證,實現(xiàn)了規(guī);a(chǎn),基本形成了自主開發(fā)能力?浦Z偉業(yè)也研制出了兆瓦級機組的控制系統(tǒng)。在變頻器方面,東方自控、合肥陽光、清能華福、科諾偉業(yè)等一批企業(yè)也異軍突起,開發(fā)出了大功率雙饋及直驅(qū)機型的變頻器,產(chǎn)品已有小批量在風場投運,呈獻出可喜的發(fā)展勢頭。
隨著國內(nèi)企業(yè)所開發(fā)風機容量越來越大,風機控制技術(shù)必須不斷發(fā)展才能滿足這一要求,如葉片的驅(qū)動和控制技術(shù)、如更大容量的變頻器開發(fā),都是必須不斷解決的新的課題,這里不進行具體闡述。當前,由于風力發(fā)電機組在我國電網(wǎng)中所占比例越來越大,風力發(fā)電方式的電網(wǎng)兼容性較差的題目也逐漸暴露出來,同時用戶對不同風場、不同型號風機之間的聯(lián)網(wǎng)要求也越來越高,這也對風機控制系統(tǒng)提出了新的任務(wù)。
(1)采用同一和開放的協(xié)議以實現(xiàn)不同風場、不同廠家和型號的風機之間的方便互聯(lián)。目前,風機投資用戶和電網(wǎng)調(diào)度中心對廣布于不同地域的風場之間的聯(lián)網(wǎng)要求越來越迫切,固然各個風機制造廠家都提供了一定的手段實現(xiàn)風機互連,但是由于采用的方案不同,不同廠家的風機進行互聯(lián)時還是會有很多題目存在,實施起來難度較大。因此,實現(xiàn)不同風機之間的方便互聯(lián)是一個亟待解決的重要課題。
(2)需要進一步進步低電壓穿越運行能力(LVRT)。風力發(fā)電機組,負壓風機價格,尤其是雙饋型風機,抵抗電網(wǎng)電壓跌落的能力本身較差。當發(fā)生電網(wǎng)電壓跌落時,從前的做法是讓風機從電網(wǎng)切出。當風機在電網(wǎng)中所占比例較小時,這種做法對電網(wǎng)的影響還可以忽略不計。但是,隨著在網(wǎng)運行風機的數(shù)目越來越大,尤其是在風力發(fā)電集中的地區(qū),如國家規(guī)劃建設(shè)的六個千萬千瓦風電基地,這種做法會對電網(wǎng)造成嚴重影響,甚至可能進一步擴大事故。歐洲很多國家,如德國、西班牙、丹麥等國家,早就出臺了相關(guān)標準,要求在這種情況下風性能保持在網(wǎng)運行以支撐電網(wǎng)。風機具有的這種能力稱為低電壓穿越運行能力(LVRT),有的國家甚至要求當電網(wǎng)電壓跌落至零時還能保持在網(wǎng)運行。我國也于今年8月由國家電網(wǎng)公司出臺了《風電場接進電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》,其中規(guī)定了我國自己的低電壓穿越技術(shù)要求,明確要求風電機組在并網(wǎng)點電壓跌落至20%額定電壓時能夠保持并網(wǎng)運行625ms、當?shù)浒l(fā)生3s內(nèi)能夠恢復到額定電壓的90%時,風電機組保持并網(wǎng)運行的低電壓穿越運行要求。應(yīng)該說,這還只是一個初步的、相對較低的運行要求。在今后可能還會出臺更為嚴格的上網(wǎng)限制措施。這些要求的實現(xiàn),主要靠控制系統(tǒng)中變頻器算法及結(jié)構(gòu)的改善,當然和主控和變槳系統(tǒng)也有密切聯(lián)系。
(3)實現(xiàn)在功率預估條件下的風電場有功及無功功率自動控制。目前,風電機組都是運行在不調(diào)節(jié)的方式,也就是說,有多少風、發(fā)多少電,這在風電所占比例較小的情況下也沒有多大題目。但是,隨著風電上網(wǎng)電量的大幅度增加,在用電低谷段往往是風機出力最大的時段,造成電網(wǎng)調(diào)峰異常困難,電網(wǎng)頻率、電壓均易出現(xiàn)較大波動。當前,電網(wǎng)對這一題目已相當重視,要求開展建設(shè)風電場功率猜測系統(tǒng)和風電出力自動控制系統(tǒng),實現(xiàn)在功率猜測基礎(chǔ)上的有功功率和無功功率控制能力。事際上,這個系統(tǒng)的建設(shè)不是一件輕易的事情,涉及到很多方面的技術(shù)題目。但是,無論如何說,序幕已經(jīng)拉開。
發(fā)展展看
從上面的敘述中可以看出,控制系統(tǒng)作為風電機組中最關(guān)鍵的核心零部件,目前還是國內(nèi)風電設(shè)備制造業(yè)中最薄弱的環(huán)節(jié),也是國內(nèi)目前唯一沒有實現(xiàn)批量國產(chǎn)化的部件,其主要原因在第二部分中已經(jīng)分析過。但是,我們也看到,以東方自控為代表的國內(nèi)一些企業(yè),已經(jīng)在包括變頻器在內(nèi)的控制系統(tǒng)的自主研發(fā)方面邁出了重要的步伐,取得了很多成果。因此,預計再經(jīng)過兩到三年時間,將可實現(xiàn)風機控制系統(tǒng)的全面國產(chǎn)化配套,并具備如海上風機等更大型風電機組控制系統(tǒng)的自主研發(fā)能力,這樣,風機國產(chǎn)化的最后一個瓶頸也將被突破。同時,借此一角,也呼吁國內(nèi)的風機用戶樹立對國產(chǎn)控制系統(tǒng)的使用信心,支持國產(chǎn)化事業(yè)的發(fā)展。同時,國內(nèi)企業(yè)在服務(wù)支持及備件供給方面究竟有較大的上風,從長遠來看,一定會給風電企業(yè)帶來良好的回報。
作者簡介: 陳建國 (1970-)男,四川廣元人,1992年畢業(yè)于浙江大學,同年至東方汽輪機廠工作,先后從事蒸汽輪機及燃氣輪機控制系統(tǒng)的開發(fā)與調(diào)試。目前擔任東方電氣自控公司副總經(jīng)理,負責風機控制系統(tǒng)的國產(chǎn)化開發(fā)工作。(end)
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收錄時間:2011年01月25日 17:09:35 來源:東方電氣自控公司 陳建國 作者:
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