近年來,作為重要清潔能源之一的風能,正邁入前所未有的高速發展新時代。相關數據顯示,中國風電累計吊裝容量占全球裝機近一半。目前,我國風力發電的主力機型是永磁風力發電機。
“永磁電機的制造、運維和退役回收再制造全過程的不同階段,存在著不同的難點和痛點問題。”國家脈沖強磁場科學中心主任李亮介紹。
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李亮教授團隊在充磁現場進行測試(一)
在傳統技術制造的過程中,先充磁后組裝,永磁磁體間排斥力大,磁體極性要嚴格區分,容錯率低,制造全程帶磁帶力,安全性差,磁極性能容易受到后續工序的影響,帶磁動平衡校準難,制造質量,效率和性能都受到很大影響。
電機在運行過程中,會出現故障失磁、掃堂、堵轉、腐蝕等問題,需要退磁拆卸和補充磁。傳統的加熱退磁技術,整機退磁需要把100~200噸的電機轉子加熱到300°C,并保溫12個小時,能耗大,污染嚴重,報廢率極高。
李亮帶領團隊歷經10余年研究,在國際上首次提出大型永磁電機“無磁裝配—整體充磁”技術。該技術將常規電機制造的第一道給單個永磁體逐塊充磁工序,變成電機制造的最后一道后充磁工序,突破大尺寸磁極整體充磁、復雜磁路約束下精準原位退磁及充退磁裝備一體化等關鍵技術瓶頸。2021年6月,團隊成功研制國內首套大型永磁電機整體充磁設備。
“這項技術突破,對于大型永磁電機退役回收后的綠色再制造具有重要意義。”李亮說,相比于傳統技術方案,采用我們團隊提出的原位充退磁技術,只需通過一百多毫秒的放電即可完成整個磁極的充退磁,能耗不到加熱退磁技術的1/100。用這種方法退磁后的永磁體,可以根據新的需求加工組合后,再充磁成為新的磁極,重復使用。
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李亮教授團隊在充磁現場進行測試(二)
“預計在2025年,我國將會出現風機退役高峰。”東方電氣集團東方電機有限公司風電電機分公司黨總支書記、副總經理鄒應冬介紹,中國風能協會的數據顯示,到2030年,累計有4473萬千瓦風機進入退役期。而2010年至今,風機裝機容量大幅攀升,僅2023年一年的新增裝機就接近8000萬千瓦。因此,未來將會有巨量的退役風電機組。而其中,大量機組為永磁發電機。
在鄒應冬看來,應用整體充退磁一體化技術,磁鋼退磁、完整拆解、精準加工、重新充磁賦能或者梯次再利用過程將變得非常高效、安全、環保和經濟,這是其他技術方法完全無法企及的,是解決永磁風力發電機大規模退役綠色再制造困難的絕佳方案。
“這種原位整體充退磁技術,為永磁電氣裝備的設計、制造、運維、回收和綠色再制造提供了全新的技術途徑。”李亮表示,這項技術具有廣闊的應用前景和巨大的潛在經濟價值。