2018年3月美國(guó)GE公司宣稱，將在英國(guó)再生能源研發(fā)中心 Natio
nal Renewable Energy Center NAREC的海上試驗(yàn)場(chǎng)，測(cè)試目前世界上最大的海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，風(fēng)機(jī)容量為12兆瓦，風(fēng)機(jī)高107米（350英尺），風(fēng)機(jī)葉片直徑219.4米（720英尺）。該公司聲稱，這臺(tái)名為Haliade-X的巨型機(jī)器將比目前其它任何海上風(fēng)機(jī)產(chǎn)能高出45％。使用由LM風(fēng)力發(fā)電公司設(shè)計(jì)和制造的107米葉片，一臺(tái)12MW的Haliade-X風(fēng)機(jī)每年將產(chǎn)生高達(dá)67GWh的電力，此舉將對(duì)英國(guó)迅速發(fā)展的風(fēng)力發(fā)電行業(yè)起到重大推動(dòng)作用。這也是對(duì)國(guó)內(nèi)風(fēng)電行業(yè)的一個(gè)鞭策信息。
Haliade-X 12MW與著名建筑物比較
以下介紹IEA Wind Task 35（國(guó)際能源署風(fēng)能研究課題35）“風(fēng)力發(fā)電機(jī)及其部件的全尺寸地面試驗(yàn)”的任務(wù)情況。
在過去的15年中，新型的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組平均名義功率增加了10倍。風(fēng)力發(fā)電功率的快速增長(zhǎng)，對(duì)研發(fā)制造商在風(fēng)力發(fā)電機(jī)及其部件的設(shè)計(jì)、制造質(zhì)量和可靠性方面提出了新的挑戰(zhàn)。為了提高大功率風(fēng)電機(jī)組的質(zhì)量和可靠性，減少研發(fā)周期，以及降低研發(fā)總體成本。使用full scale ground test facilities風(fēng)電全尺寸地面測(cè)試設(shè)施來驗(yàn)證風(fēng)電機(jī)組的傳動(dòng)鏈和電氣部分、控制部分的設(shè)計(jì)性能，已成為部件制造商、風(fēng)電整機(jī)研發(fā)制造商和風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)經(jīng)營(yíng)者的一種有吸引力的選擇。
隨著風(fēng)電機(jī)組的越來越大型化，一些風(fēng)電整機(jī)和部件試驗(yàn)設(shè)施已經(jīng)分別在美國(guó)、德國(guó)、英國(guó)、丹麥等地運(yùn)行，以測(cè)試風(fēng)力發(fā)電機(jī)部件的各種性能和可靠性。目前用于整機(jī)傳動(dòng)鏈系統(tǒng)和其他電氣部件試驗(yàn)的全尺寸風(fēng)電機(jī)艙地面測(cè)試設(shè)施，也在美國(guó)、德國(guó)、英國(guó)、丹麥風(fēng)電研究機(jī)構(gòu)里投入使用，最大試驗(yàn)?zāi)芰?5兆瓦。
德國(guó)Fraunhofer IWES DyNaLab
測(cè)試目標(biāo)
這些測(cè)試設(shè)備可以針對(duì)不同的測(cè)試目標(biāo)進(jìn)行測(cè)試，例如：
1、整個(gè)風(fēng)電機(jī)組系統(tǒng)及部件進(jìn)行功能測(cè)試；
2、對(duì)風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行設(shè)計(jì)研發(fā)驗(yàn)證測(cè)試、用戶驗(yàn)收測(cè)試或第三方認(rèn)證測(cè)試；
3、在實(shí)驗(yàn)室條件下模擬受控環(huán)境中的行為（如，寒冷氣候條件或聲學(xué)實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)等等）；
4、對(duì)風(fēng)電葉片、變速齒輪箱、偏航傳動(dòng)裝置、變槳系統(tǒng)等耐久性試驗(yàn)，以確定部件的安全性和壽命；
5、對(duì)風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行過程中組件之間相互作用的負(fù)荷進(jìn)行測(cè)試，以改善機(jī)組可靠性；
這風(fēng)電全尺寸地面測(cè)試設(shè)施的試驗(yàn)?zāi)康氖牵?yàn)證風(fēng)電機(jī)組的各種設(shè)計(jì)性能、機(jī)組的使用壽命和安全響應(yīng)，是一種可替代風(fēng)電試驗(yàn)場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的設(shè)施。目前風(fēng)電制造商、研究機(jī)構(gòu)、部件供應(yīng)商、以及第三方認(rèn)證機(jī)構(gòu)正在合作研究制定試驗(yàn)規(guī)范。
雖然國(guó)際電工委員會(huì)IEC TC88對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)及其部件有一些測(cè)試方法，但許多風(fēng)電行業(yè)人士認(rèn)識(shí)到，需要通過進(jìn)一步確定新的測(cè)試程序和改進(jìn)現(xiàn)有的測(cè)試方法，這樣可以提高風(fēng)電系統(tǒng)的可靠性。為此，有必要具體規(guī)定試驗(yàn)臺(tái)配置的要求和邊界條件，并制定統(tǒng)一的測(cè)量方法和測(cè)試程序。在制定測(cè)試規(guī)范過程中，將對(duì)風(fēng)電傳動(dòng)鏈和部件專用測(cè)試平臺(tái)進(jìn)行實(shí)際調(diào)查，再具體規(guī)定試驗(yàn)臺(tái)配置的要求和邊界條件，統(tǒng)一的測(cè)量方法和測(cè)試程序。這項(xiàng)工作的結(jié)果是，提供推薦性的標(biāo)準(zhǔn)化測(cè)試程序，以及對(duì)風(fēng)電機(jī)組和部件測(cè)試結(jié)果進(jìn)行定性分析的建議。本指南可用于完善整個(gè)風(fēng)電機(jī)組及其部件的標(biāo)準(zhǔn)化認(rèn)證程序。
這項(xiàng)任務(wù)的目標(biāo)，以2012年在德國(guó)亞琛舉行的第68次國(guó)際能源機(jī)構(gòu)“風(fēng)力發(fā)電機(jī)和部件測(cè)試的進(jìn)展”專家會(huì)議的討論為基礎(chǔ)，決定在 IEA Wind Task 35 的框架下編寫一份關(guān)于風(fēng)力發(fā)電機(jī)及其部件的新測(cè)試方法的任務(wù)提案。這項(xiàng)任務(wù)的目的是，為在受控環(huán)境中，模擬風(fēng)力發(fā)電機(jī)和部件實(shí)際機(jī)械負(fù)載，以及模擬并入電網(wǎng)的試驗(yàn)，制定指導(dǎo)方針和推薦試驗(yàn)方法，以驗(yàn)證風(fēng)電機(jī)組的設(shè)計(jì)性能和或者部件功能、安全性和耐久性。
IEA Wind Task 35 為設(shè)備制造商、零部件制造商、研究實(shí)體和認(rèn)證機(jī)構(gòu)提供了一個(gè)機(jī)會(huì)，共同討論開發(fā)和使用風(fēng)電機(jī)組及其部件系統(tǒng)測(cè)試平臺(tái)的技術(shù)要求。由于利用地面試驗(yàn)臺(tái)試驗(yàn)，總是涉及到如何簡(jiǎn)化試驗(yàn)條件，所以必須確定所需的測(cè)試接口和子系統(tǒng)試驗(yàn)方法。為了能夠確保地面試驗(yàn)臺(tái)的模擬試驗(yàn)?zāi)芘c風(fēng)電機(jī)組的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果相類似，必須確定統(tǒng)一的試驗(yàn)程序和測(cè)量方法，以及近似值定性評(píng)價(jià)，以確定不同的測(cè)試平臺(tái)如何采取不同加載試驗(yàn)。通過硬件在環(huán)系統(tǒng)模擬風(fēng)荷載和并網(wǎng)條件，對(duì)風(fēng)電控制器和控制策略進(jìn)行仿真測(cè)試，通過系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)了解整個(gè)機(jī)組在模擬實(shí)際運(yùn)行條件下的行為。然后根據(jù)不同參加者的不同試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，就可能對(duì)整個(gè)風(fēng)電機(jī)組以及個(gè)別部件的測(cè)試程序提出改進(jìn)建議。各個(gè)實(shí)驗(yàn)室從不同角度交換意見，將促進(jìn)使用測(cè)試設(shè)施來提高風(fēng)電機(jī)組風(fēng)力機(jī)的可靠性。
重點(diǎn)領(lǐng)域研究
這些研究工作將為風(fēng)電機(jī)組及其部件的基本測(cè)試程序提供建議，重點(diǎn)領(lǐng)域包括：
1、結(jié)構(gòu)部件載荷檢測(cè)：
定義試驗(yàn)臺(tái)的參考載荷取值，確切的說是硬件在環(huán)仿真試驗(yàn)?zāi)Ｐ托枰臋C(jī)網(wǎng)計(jì)算載荷；
闡明風(fēng)電機(jī)組不同部件（系統(tǒng)和子系統(tǒng)）之間動(dòng)態(tài)的相互作用，并描述它們的影響。
2、功能測(cè)試程序：
改進(jìn)現(xiàn)有的試驗(yàn)臺(tái)常規(guī)試驗(yàn)程序（研究比較IEC現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和地面試驗(yàn)程序和試驗(yàn)結(jié)果）
3、耐久性試驗(yàn)程序：
通過開發(fā)和完善新的測(cè)試程序，提高對(duì)整個(gè)風(fēng)電機(jī)組中部件的質(zhì)量和耐久性的預(yù)測(cè)。
預(yù)期IEA Wind Task 35的研究結(jié)果可用于推進(jìn)目前的認(rèn)證程序，并改進(jìn)現(xiàn)有的測(cè)試程序，從而提高測(cè)試可靠性和降低開發(fā)成本。
未來三年將在上海電機(jī)學(xué)院臨港校區(qū)建成一個(gè)兆瓦級(jí)的風(fēng)電機(jī)艙試驗(yàn)臺(tái)架，該試驗(yàn)臺(tái)架同時(shí)具備六自由度電液加載裝置和大功率高仿真電網(wǎng)模擬器，以及控制器硬件在環(huán)仿真試驗(yàn)系統(tǒng)，可以在機(jī)械加載和模擬并網(wǎng)條件下對(duì)風(fēng)電傳動(dòng)鏈和控制器進(jìn)行模擬測(cè)試。同時(shí)將進(jìn)行更大功率的試驗(yàn)臺(tái)的前期規(guī)劃工作。
