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    IT技術讓風力發電更智能

    來源: 時間:2014-09-15 【字號:

           不同行業的技術互相交流往往會誕生新的創新,西門子風電就正在利用消費電子行業的最熱門產品。
           在美國佛羅里達奧蘭多的風電培訓中心,來自全球的風電培訓學員除了正常的使用、維修、安裝等技能之外,還需要學習的一種技能是使用iPad。這對于安全和便捷的工作非常重要。
           無論北歐、美國還是中國的沿海和內陸地區,爬上80米以上的高空作業都是一件充滿危險的事情—風力不僅能驅動風機葉片,也能給工作人員造成很大麻煩。而在使用iPad之前,西門子的技術人員除了需要捆上保證安全的繩索,攜帶必需的工具,還需要隨身攜帶風機的電路圖以及服務手冊等資料—不是簡單的幾頁紙,而是超過1000頁的資料。而如果情況復雜的話,他們還需要使用到筆記本電腦等更多設備。這些在空中都會成為額外的負擔,也容易造成麻煩。
           iPad除了能夠將所有的資料都儲存在其中,拍照、錄像以及3G或4G網絡也能夠讓維修人員很方便地與地面同事甚至指揮中心進行聯絡,確定問題所在,加快整體檢修的速度。早在2011年,西門子風電就已經注意到了移動智能設備的快速普及趨勢,在內部開始定制應用,并且首先在美國公司進行了測試,現在西門子在工業領域有多個App在蘋果應用商店和Google Play中上線。西門子風電對于iPad的使用也被蘋果公司拍攝成視頻放在蘋果官網上,成為使用新工具和技術的典型大公司案例,蘋果也在爭奪企業級市場。
           更大的葉片同樣能夠產生更多的電力。
           “我們最大的風力發電機葉片幾乎已經和空客A380的翼展一樣長。”2014年6月13日,在西門子位于美國佛羅里達奧蘭多的風電培訓中心,西門子美洲風電首席執行官Mark Albenze指著白色幕布上的對比圖例對媒體說。按照比例縮放之后,A380—全球載客量最高的飛機更像是風力發電機上的一只玩具紙飛機。
           雖然頁巖氣已經極大地改變了美國能源的消費結構,但是美國總統奧巴馬在6月還是提出了一項以能源法案為核心的氣候變化議程,要求到2030年美國所有發電廠的碳排放量減少30%。在這份議程中奧巴馬呼吁各州提高能源效率,發展風能和太陽能的應用。
           對于西門子公司來說,2013年下半年在美國市場收獲頗豐。12月,它獲得來自巴菲特旗下中美能源控股公司的448臺風力發電機訂單,總裝機容量為1050兆瓦。這是迄今為止全球最大的一宗單筆陸上風電訂單。據風電的業內人士估算,該訂單價值可能在10億美元左右。同月,西門子又獲得美國首個海上風電場項目、預估投資26億美元的Cape Wind項目的風電機安裝合同,后者建成之后將成為全球最大的海上風電場。
    對于風能的開發和利用來說,更強大的風電產品、軟件和數據的應用以及完備的配套服務是提高發電量和保護環境的最大保證。
           對于風力發電來說,無論在海上還是陸地,更長的葉片總能帶來更高的發電效率。同時,對于IT軟硬件和iPad的使用又能讓后續的運營、維修和保養更為安全、簡便。
           Mark Albenze所說的最長風機葉片是指“B75”。其葉輪直徑是154米(2倍葉片長度加機艙直徑),A380的翼展為79.8米—與單個葉片的長度相差無幾,而更長則意味著更高的發電能力和效率。
           早在1990年代,西門子的工程師就提出了一個大膽的構想:設計一種柔性葉片,使其在空氣劇烈波動或狂風暴雨時可以靈活甩掉無用載荷。由于應力降低,這種葉片的使用壽命得以延長,并且可以讓風力發電機采用直徑更大的轉子,從而最終提高發電量。
           最終,這項研發任務落在了美國科羅拉多州博爾德西門子研發中心的一支30人的團隊身上。創建于2008年的研發中心對項目團隊給予了不同形式的支持,其中包括創新的模擬軟件和各類專家資源。“在當時,這種創新的轉子技術對于西門子而言是完全陌生的,”博爾德西門子研發中心負責人Andy Paliszewski介紹道,“但是它能降低風力發電的成本。”
           項目組敲定了設計53米長的轉子葉片的可行性,這個葉片被命名為氣動裁剪葉片(ATB)。這種葉片呈彎曲狀,形似阿拉伯半月彎刀,在風力的作用下可以變形扭轉。因此,它可以減輕轉子、機艙、塔架和塔基的應力載荷。此外,ATB設計為制造更長的轉子葉片從而提升發電量創造了條件。
           風力發電機越來越高,轉子直徑遠遠超過100米的巨型白色風塔已不足為奇。另外,西門子首款融合部分ATB技術元素的葉片設計造就了“B75”。這款全球最長的葉片是專為西門子最重要的產品之一—6兆瓦直驅風機而制造的。
           與IT領域的結合也會極大地提高風電效率,比如用軟件來調節風機上的風力,以使風機在其20年的使用壽命中可以始終在零損耗的狀態下運轉。
           無論外行如何認為,實際上風機上的轉子不宜始終全速運轉,因為這樣會使其部件的磨損快于預期。正是基于這一原因,西門子才在輪轂上安裝了用于監測葉片負荷的傳感器。西門子研發的軟件利用傳感器的測量數據來確定風機在任何特定時間所承受的應力負荷,并將該值與理想的應力數據進行比較。根據偏差的幅度大小,軟件可能會臨時性減少風機的發電量。“對于電力公司來說,更重要的不是始終追求最大化的產量,甚至無視條件的惡劣,而是風機能夠盡可能地維持更長的工作發電壽命。”相關研發人員介紹道。
           西門子還研發出一種監測程序,該程序通過利用傳感器測量機艙內的振動頻率來及早洞察旋翼葉片的損耗,以頻率模式反映葉片狀況。
    當檢測到頻率模式發生變化時,該軟件會發出警報音。然后技術人員可以分析是否有必要進行維修,如果需要維修,還需要判斷為避免其他部件受損,應該先維修哪些部件。由于轉子不應停下太久,所以維修工作必須盡快執行。西門子風機由西門子的3個全球風電控制中心進行監測,這3個中心分別設在丹麥的布蘭德、德國的不來梅和英國的紐卡斯爾。這些控制中心還負責管理軟件安裝和更新,它們通過互聯網可以將軟件和更新發送至受其監測的4000臺風機。
           無人機、大數據、移動智能設備等最新的技術成果都已經在西門子風電設備上得以應用,這會讓人類對于風電的控制變得得心應手。(來自《第一財經周刊》

     

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