关于我们 | English | 网站地图

阳光电源:协同创新,致胜风电新时代

2021-11-30 09:56:37 《风能》杂志   作者: 夏云峰  

大功率变流器、三电平技术、风储一体、器件国产化,将是阳光电源接下来在风电变流器领域主攻的方向。

自成立以来,无论市场如何风云变幻,“专注”“创新”“品质”的印记始终深深烙于阳光电源股份有限公司(下称“阳光电源”)的足迹之中,“技术实力派”成了这家企业最鲜明的标签。执着于清洁电力转换技术,锚定市场前沿与客户痛点,坚持将质量视作生命线,构筑起阳光电源快速成长的基石,使之在过去十年迎来业务拓展的“黄金期”,发展势头迅猛,产品日趋多元。在风电变流器领域,阳光电源多年保持领跑,2020年的发货量达到1600万千瓦,发货风电场超过300个,向着全球一流风电技术及设备供应商的目标挺进。

带着如此深厚的积累,面对风电发展的新阶段,阳光电源如何看待产业及技术的走势?将从哪些环节发力来巩固自身的地位?围绕这些问题,近日,阳光电源风能事业部副总裁汪令祥接受了《风能》的专访,从一名研发负责人的视角分享他的观察与思考。

平价时代,机遇与挑战并存

时至今日,用“一片光明”来形容我国风电产业的前景,丝毫不为过。碳达峰与碳中和目标的提出,国家领导人的多次表态,新型电力系统的构建,均释放出清晰的信号——国家将加快推动实现高比例新能源应用,风电迎来了历史性发展机遇期。

然而,这并不意味着摆在产业面前的是一片坦途,阻碍与压力犹存。考虑到我国风电刚刚迈过“平价关口”,业界接下来仍需重点关注降本增效,创新则是关键的抓手。

在汪令祥看来,从变流器的角度来说,技术进步依然有较大的可挖掘空间,提升功率与电压等级就是方向之一。

今年9月,阳光电源正式推出12MW变流器,配套应用于大功率固定式和漂浮式海上风电机组。借助平台化、模块化设计,该系列变流器的最大功率可达16MW,从而使该公司的风电变流器产品功率等级一举覆盖1.5~16MW,涵盖双馈、全功率两条技术路线。

同时,阳光电源还研发出三电平风电变流器,将变流器电压等级从此前的690V大幅提高至1140V。它的显著特点是输出谐波含量低、电能变换效率高,在风电机组单机功率不断增大的情况下,由此带来的电量提升将相当可观。并网电压的提高,还能有效降低机组线缆成本。

汪令祥认为,未来5—10年,1000伏左右的三电平变流器有望成为陆上风电机组和海上风电机组的主流配置。他透露,在2021年的阳光电源总出货量中,三电平变流器预计会占到一半,2022年将达到60%~70%。

集成设计是另一个切入点。除了主控一体、水冷一体变流器外,阳光电源还在加快推出风储一体变流器。这些产品通过风电变流与储能变换一体化控制,深度融合风储应用,采用模块化紧凑型设计,具备毫秒级快速功率响应,并兼容电池能量管理,适配多种类型电池,具有更高电能转换效率,能够驱动储能在风电惯量调频、电能消纳、功率平滑及电能质量优化等方面实现更大应用突破,显著提升风电接入电网的友好性能表现。

国产化也被视为实现降本增效的一条重要途径。

据了解,我国多年前就已经完成风电变流器集成的国产化,目前主要针对的是IGBT等部分关键器件。

“我们一直在积极稳妥地部署这方面的工作,预计到2022年能够做到批量应用。”汪令祥告诉《风能》。

对于变流器器件的国产化替代,他建议:第一,这是大势所趋,全行业要有信心,主动拥抱国产化,在风险可控的前提下,提供应用场景。第二,要经过样机—批量—大批量的过程,将风险降到最低。第三,在批量使用前应当进行充分的测试和质量评估,确保器件满足现场运行工况条件。

创新,须实现整体效益最优

注重创新,自阳光电源创立之日起即已融入其基因之中。众所周知,这家企业的“掌舵人”曹仁贤,属于学者型的企业家。从事技术研究出身的他,当然深知掌握核心技术对一家企业意味着什么,这也成为阳光电源能够在24年的时间中实现跨越式发展的动力源。

汪令祥向《风能》表示,任何研发都不可能有100%的成功率,但阳光电源愿意为此而投入。“研发失败后如何将经验教训迭代到下一个过程之中,这是我们最看重的。”

在他看来,风电的创新一定是协同的创新,这是由机组的技术特点所决定的。一方面,各个部件之间深度耦合,单个部件的创新,离不开其他部件以及系统的支持。

“就像人,任何一个器官不协调的话,都会引发整体机能的紊乱。如果我们贸然推出一个1140V的变流器产品,而只有690V的变压器、电机可配套,这样的研发注定只会失败。”他阐释道。

另一方面,各个部件对整机发电效率存在或大或小的影响,在系统成本中所占的比重各不相同。在这种情况下,部件的创新就不能着眼于给自己创造价值,更需在整机层面达到最优的降本增效效果。

以变流器为例,其成本仅占整机总成本的不到5%,若单纯从部件的角度来降本,意义并不大。但可以通过带动系统降本增效为落脚点,来开展变流器技术创新。比如将变流器的电压从690V升至1140V,带动的电缆成本下降就超过了变流器成本的上升,在近两年铜等原材料价格大幅攀升的背景下,这方面的价值更加凸显。

基于上述认识,阳光电源始终十分重视与产业链上下游的沟通交流。

“我们与整机企业的技术和管理人员每个月都会进行数次交流,基于对变流器技术发展的研判,分享我们的想法、设计理念,看看能否给他们带来一些降本增效的点。我们也会借机收集对方的需求。”汪令祥指出,“如果双方达成一致,就会共同去推进,包括引导各自的优质供应商做一些探索。”

这实际上是将产业链上下游打通了,阳光电源则起到“桥梁”的作用。通过这种方式,这家企业的风电业务在近几年发生了很大变化,获得一定的先发优势,“这是一个相辅相成、双赢的过程”。

可靠性,要着眼全生命周期

持续的创新,意味着将不断有新技术与产品投入使用,在一定程度上增加了风电机组发生故障的概率。而随着海上风电的规模化开发,风电机组面对着所处环境恶劣、运维可达性差等不利因素,任何故障都极易造成重大损失。这些无疑对从整机到部件的可靠性提出了极为苛刻的要求。

汪令祥认为,可靠性一定要看全生命周期。“在风电机组的20多年寿命期内,刚开始运行以及寿命行将结束时的故障率高,中间阶段低。我们要做的,就是想办法尽可能拉长中间阶段。”

为此,需要围绕研发、测试验证、质量管理、服务等环节,建立一套规范的流程和严格的保障体系。

深入了解客户的需求,是实施研发活动的前置条件。阳光电源会与整机企业保持密切交流,精细分解其需求,将之反映到设计方案之中,以此提高变流器与整机系统的适配性。

研发过程中,在严格遵循相关标准的基础上,阳光电源会综合考虑性能要求与成本,结合最大风况、最高温度、最大湿度等机组运行的极端边界条件,来考量变流器的设计余度。

仿真与测试验证自然是必不可少的。据了解,阳光电源搭建起完善的电网与电机半实物、热设计等仿真平台,大功率、不同电压等级的测试平台,以及各类环境实验箱,可以将理论设计、半实物仿真、实验台验证等全面融合,提高设计精度。

在质量管理方面,阳光电源的研发中心、供应链管理、器件导入、检测中心、产品线等多部门联手,从器件筛选、制程管理、整机检验等全过程进行管控,确保产品的可靠性。

汪令祥以IGBT的国产化为例向《风能》介绍说,阳光电源专门建立了IGBT可靠性检测实验室、EMC实验室、元器件可靠性验证评估实验室,由不同部门从多个维度,通过严格的功能测试、性能测试、老化测试、模拟寿命测试等,全方位评估新器件的质量和可靠性。

“我们对国产IGBT的整体测试做得非常充分,涉及数十个参数。”他表示。

此外,在产品实际投用后,阳光电源会定期到现场抽检、巡检,及时发现薄弱环节,在此后的研发中加以迭代优化。这样,就在研发—制造—应用环节之间形成了闭环。

当然,采取上述措施,并不能保证产品投用后保持“零故障”。因此,出现问题后,如何快速修复就变得至为重要。

这一方面需要从设计端提高设备维护的便捷性。“变流器变大后,维护必须更加便捷。我们的产品如果做不到这一点,绝不允许出厂。”汪令祥强调。

另一方面,它也十分考验企业的服务响应能力。据悉,阳光电源在国内设有近24个风电变流器服务网点。对于一般故障,可以在4小时内完成维修;对于重大故障,能够保证在48小时内完成维修。

面向悄然开启的“十四五”周期,汪令祥感慨,“作为风能人,我们赶上了最好的时代。接下来,阳光电源会加大对风电业务的投入,紧紧围绕市场需求开展技术创新,为推动风电早日成为主体能源贡献一份力量。”

他透露,阳光电源将继续推进三电平技术、大功率风电变流器、风储一体化的研发,与整机企业和业主单位继续加强合作,开展协同创新,践行落实双碳目标的责任。




责任编辑: 李颖

标签: 阳光电源 风电变流器

更多

行业报告 ?