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风电机组技术发展趋势分析(原创)ag亚游集团只为非 发布日期:2019-05-14 19:02 浏览量:

  从国际风电设备技术发展趋势看,主要体现在容量大小、浆矩变化、驱动方式、控制技术等主要方面。

  单机容量越大,单位千瓦的造价越低。正是基于经济效益的优势,单机容量逐步提高成为国际风电设备发起站的主要趋势之一。20世纪末,风电机组主流规格在欧洲是750千瓦,美国是500千瓦。进入21世纪,主流机型已经达到1500千瓦。譬如丹麦的新建风场的单机容量都在1000千瓦,德国在北海建设的风场的单机功率在5000千瓦。目前,世界主要风机制造商在2010年基本实现10000千瓦的计划。

  目前市场上的失速型风电机组一般采用双绕组结构(4极/6极)的异步发电机,双速运行。

  在高风速段,发电机运行在较高转速上,4极电机工作;在低风速段,发电机运行较低转速上,6极电机工作。双速运行的优点是控制简单,可靠性好。缺点是由于转速基本恒定,而风速经常变化,因此风力机经常工作在风能利用系数较低的点上,风能得不到充分利用。

  近年来发展起来的变速风电机组一般采用双馈异步发电机或多极同步发电机。双馈电机的转子侧通过功率变换器(一般为双PWM交直交型变换器)连接到电网。该功率变换器的容量仅为电机容量的1/3,并且能量可以双向流动,这是这种机型的优点。多极同步发电机的定子侧通过功率变换器连接到电网,该功率变换器的容量要大于等于电机的容量。变速运行风电机组通过调节发电机转速跟随风速变化,能使风力机的叶尖速比接近最佳值,从而最大限度的利用风能,提高风力机的运行效率。

  从风轮到发电机的驱动方式大致分为三种:第一种是通过多级增速箱驱动双馈异步发电机,简称为双馈式。第二种是风轮直接驱动多极同步发电机,简称为直驱式(或无齿轮箱式)。第三种是单级增速装置加多极同步发电机技术,简称为混合式。混合式设计旨在融合双馈式和直驱式机组的优点而避免其缺点。芬兰WinWind公司已开发出容量1.1兆瓦,叶轮直径56米的混合式风电机组。

  借鉴国际风电发展的经验,除了政府扶持等外部因素外,技术创新成为行业发展的核心内生性因素。风电作为全球一体化的产业,技术创新的核心就是国际化接轨。单机大容量、变桨矩、变速恒频、直驱式是国际风电技术的主要趋势,也是我国风电产业技术发展的必然趋势。

  相对于其他的能源,风电是一种新的技术。不过,现代风电场已具备成熟的技术,建造过程相对简单,而其设计和运营却相对复杂。这一行业用到了多种发展成熟的科学技术,包括航空设计、重型钢板工程学、玻璃和木材的环氧化合物(用于飞机、轮船和汽车)以及电场检测和控制等。经过多年的应用及发展,带有三叶片、带变速驱动器、偏航轴承的风机成为当今的主流。风电技术的发展趋势主要表现在以下几个方面:

  20年前,风电机组单机容量仅为25千瓦,今天商业化机组的容量一般为750-2500千瓦。未来海上机组的容量将更大,目前德国已经生产出5兆瓦的机组,10兆瓦以上的机组正在研发中。

  海上风电场是国际风电发展的新领域。开发海上风电场的主要动机是因为海上风速更高且更易预测,海上风电场的发电量比陆地高出20%-40%。且随着风力发电的迅速发展,土地资源稀缺性已经有所显现。

  

  因为变桨距调节提供了更好的输出功率品质,因此变桨距调节是大型风力发电机的最佳选择。而通过控制发电机的转速,能够使风力发电机的叶尖速比接近最佳值,提高风力发电机的运行效率。

  齿轮传动不仅降低了风电转换效率和产生噪音,同时是造成机械故障的主要原因,而且为了减少机械磨损需要润滑清洗等定期维护。采用无齿轮箱的直驱方式虽然提高了电机的设计成本,但却有效地提高了系统的效率以及运行可靠性。因此,直接驱动和混合驱动技术的市场份额迅速扩大。

  我国自1958年开始风力发电机组的开发,70年代末,浙江机电院、上海电力院等单位开发了我国第一台现代工业概念的18千瓦风力发电机组。1983年,我国引进了3台55千瓦Vestas风力发电机组,从此打开国门,吸收引进国外的先进技术。通过技术交流与合作,我国于90年代先后成功开发55千瓦、120千瓦、200千瓦、300千瓦风力发电机组。本世纪初开始,金风科技600千瓦、浙江运达250千瓦风力发电机组大批量进入市场。目前,新疆金风、浙江运达、大连重工750千瓦机组开发成功并投入市场,金风科技、大连重工正在积极开发1.2兆瓦的机组。与国际风力发电巨头相比,我国风力发电机组公司生产能力不足,产品质量也难望其项背。2005年风力发电新增装机容量中,进口产品占据了70%的市场份额。而在剩下的30%市场份额中,金风科技一支独秀,占据了26.4%的市场份额,留给国内其他企业的市场份额不到3%。

  2005年,国家发改委1204号文件出台,对风电建设管理提出具体要求,明确指出,风电设备国产化率要达到70%以上(国外公司在国内投资建厂也算国产化设备),不满足设备国产化率要求的风电场不允许建设,进口风电设备要照章纳税。

  中国政府风电设备本地化的意志无疑希望打破进口设备一统天下的局面。为应对这一政策的变化,国外的优势龙头企业纷纷在国内设立独资或合资企业大举进入中国市场。

  2005年6月,世界最大的风力发电设备生产厂商丹麦维斯塔斯风力发电公司独资设立的维斯塔斯风力发电设备(中国)有限公司在天津开发区正式投产。该公司一期投资3000万美元,年产600片风机叶片。2007年进行二期扩建,可达到年产1200片风机叶片的生产能力(80万千瓦),同时还将进行第二期和第三期生产开发。目前,维斯塔斯计划在天津开建发电机厂及机舱和轮毂装配厂,形成整机准备能力。

  而几乎同时,全球第二大Gamesa公司也于2005年在中国投资建厂。该厂生产风力发电整机,投资远大于维斯塔斯中国公司,2006年形成年产50万千瓦的装机容量,2007年形成年产70万千瓦的装机容量。西班牙建筑和可再生能源集团Acciona与中国航天科技集团公司(CASC)在江苏南通成立合资公司,近期有望达到400台“AW-1500”型风电机组、总发电容量60万千瓦的生产能力。这将相当于Acciona风电机组总产量的三分之一,Acciona还计划于2007年底在内蒙古开办一座类似工厂。除Vestas、Gamesa、Acciona外,美国通用电气(General Electric)和德国诺德集团(Nordex)也计划在中国制造风力发电设备。同时,风电急速发展的态势也让更多的国内“淘金者”蜂拥而至。2005年8月,国家发改委1593号文件出台,提出加快风电设备本地化有关意见,明确表示重点支持新疆金风科技股份有限公司和大连重工起重机械厂。然而,除传统的企业之外,湘潭电机集团有限责任公司、东方电气集团东方汽轮机厂、哈尔滨电站集团、上海电气公司、中国运载火箭技术研究院、天威保变等企业也纷纷宣布从国外引进技术开发1-1.5兆瓦的风力发电机组。按照各产商的扩产计划,仅Gamesa、Acciona、金风科技三家厂商的生产能力就能满足我国整体风机需求,总体而言,未来,我国风电设备行业的竞争将更趋激烈。

  风电设备制造技术的发展趋势是单机大容量、变桨矩、变速恒频、直驱式。目前国外主流风电机组已达到兆瓦级,采用的是变桨变速的主流技术。中国国内风机整机制造企业已基本掌握的是兆瓦级以下风机机组的制造技术,技术类型为定桨定速技术,只相当于发达国家10年前的主流机型和技术。

  严谨、科学的研究方法才能确保研究报告的准确性和质量。《2010年中国风电机组产业深度研究报告》主要采用的研究方法有:1)普查:我们对风电机组行业中近百家从业者进行了面访或电话访问,获得最佳一手数据。2)跟踪研究:为确保实时掌握风电机组行业动态,我们在此风电机组行业建立了跟踪研究机制,每个月都通过访问获得风电机组行业的发展动态。3)政府机构数据:我们查询了风电机组行业的重点企业的工商档案、统计局档案、海关进出口数据等等,获得较为权威的信息。4)SOWT分析:应用SWOT分析、波特五力分析等方法,我们分析了风电机组行业及企业的竞争优劣势以及潜在的威胁及发展机会。5)科学预测:我们采用回归分析、时间序列分析、因子分析、组合分析等方法对风电机组的发展趋势做出了全的预测。

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