我國大型風(fēng)電機(jī)組的未來發(fā)展趨勢

　　縱觀中國風(fēng)電產(chǎn)業(yè)技術(shù)現(xiàn)實(shí)和前沿技術(shù)的發(fā)展，目前全國風(fēng)電制造技術(shù)發(fā)展主要呈現(xiàn)如下特點(diǎn)：

　　1、產(chǎn)業(yè)集中是總的趨勢

　　2012年，全國累計(jì)裝機(jī)容量前十名制造商的容量比例之和已經(jīng)達(dá)到83.2%，新增裝機(jī)容量前十名制造商的容量比例之和已經(jīng)達(dá)到81.2%。全國排名前十五位的風(fēng)電機(jī)組制造企業(yè)占據(jù)了全國新增裝機(jī)94.2%的市場份額。2012年，金風(fēng)科技、華銳風(fēng)電、國電聯(lián)合動(dòng)力、廣東明陽和湘電風(fēng)能這前5家企業(yè)，就占據(jù)了國內(nèi)新增裝機(jī)60%以上的市場份額?？梢钥闯?全國風(fēng)電設(shè)備市場由十多家大型風(fēng)電機(jī)組制造企業(yè)控制或壟斷的局面仍然沒有明顯變化。

　　近幾年，風(fēng)電設(shè)備制造企業(yè)之間的兼并、重組、收購愈演愈烈。例如:金風(fēng)科技收購了德國Vensys公司;湘電股份1000萬歐元收購荷蘭達(dá)爾文公司;中復(fù)連眾收購了德國NOI公司;中航惠騰2009年收購了CTC葉片公司。此外，上海電氣與西門子實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)略合作，大唐集團(tuán)與華創(chuàng)風(fēng)能實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)略重組，華創(chuàng)風(fēng)能正式并入大唐集團(tuán)序列。國內(nèi)各大風(fēng)電制造公司完成了產(chǎn)業(yè)布局，在主要市場集中地都建立了生產(chǎn)基地，一個(gè)大公司相當(dāng)于多個(gè)公司的集成。

　　2、水平軸風(fēng)電機(jī)組技術(shù)仍然是主流

　　水平軸風(fēng)電機(jī)組技術(shù)，因其具有風(fēng)能轉(zhuǎn)換效率高、轉(zhuǎn)軸較短，在大型風(fēng)電機(jī)組上更顯出經(jīng)濟(jì)性等優(yōu)點(diǎn)，使水平軸風(fēng)電機(jī)組仍然是國內(nèi)大型風(fēng)電機(jī)組發(fā)展的主流機(jī)型，并占到100%以上的市場份額。近期發(fā)展的大型垂直軸風(fēng)電機(jī)組因具有全風(fēng)向?qū)︼L(fēng)、變速裝置及發(fā)電機(jī)可以置于風(fēng)輪下方或地面等優(yōu)點(diǎn)，近年來，相關(guān)研究和開發(fā)也在不斷進(jìn)行并取得一定進(jìn)展，單機(jī)試驗(yàn)示范正在進(jìn)行，但是還沒有機(jī)組產(chǎn)品在風(fēng)電場批量應(yīng)用。

　　3、風(fēng)電機(jī)組單機(jī)容量持續(xù)增大

　　近年來，國內(nèi)風(fēng)電市場中風(fēng)電機(jī)組的單機(jī)容量持續(xù)增大，隨著單機(jī)容量不斷增大和利用效率提高，國內(nèi)主流機(jī)型已經(jīng)從2005年的750kW-850kW增加到2013年的1.5-2.5MW。

　　同樣，國內(nèi)風(fēng)電市場中風(fēng)電機(jī)組的單機(jī)容量也持續(xù)增大。2012年新安裝的機(jī)組的平均單機(jī)容量達(dá)到了1.65MW，而2013年新安裝的機(jī)組的平均單機(jī)容量已經(jīng)達(dá)到了1.73MW。2013年我國風(fēng)電場安裝的最大風(fēng)電機(jī)組為6MW。

　　近年來，海上風(fēng)電場的開發(fā)進(jìn)一步加快了大容量風(fēng)電機(jī)組的發(fā)展，我國華銳風(fēng)電的3MW海上風(fēng)電機(jī)組已經(jīng)在海上風(fēng)電場批量應(yīng)用。3.6MW,4MW、5MW,5.5MW和6MW海上風(fēng)電機(jī)組已經(jīng)陸續(xù)下線并投入試運(yùn)行。目前，華銳、金風(fēng)、上海電氣、聯(lián)合動(dòng)力、湖南湘電、重慶海裝、東方汽輪機(jī)、廣東明陽和太原重工等公司都已經(jīng)研制出5MW至6MW的大容量海上風(fēng)電機(jī)組產(chǎn)品，為大規(guī)模開發(fā)海上風(fēng)電積極做好準(zhǔn)備。

　　4、變槳變速功率調(diào)節(jié)技術(shù)得到廣泛采用

　　由于變槳距功率調(diào)節(jié)方式具有載荷控制平穩(wěn)、安全和高效等優(yōu)點(diǎn)，近年在大型風(fēng)電機(jī)組上得到了廣泛采用。結(jié)合變槳距技術(shù)的應(yīng)用以及電力電子技術(shù)的發(fā)展，大多數(shù)風(fēng)電機(jī)組制造廠商采用了變速恒頻技術(shù)，并開發(fā)出了變槳變速風(fēng)電機(jī)組，在風(fēng)能轉(zhuǎn)換效率上有了進(jìn)一步完善和提高。2012年，在全國安裝的風(fēng)電機(jī)組全部采用了變槳變速恒頻技術(shù)。2MW以上的風(fēng)電機(jī)組大多采用三個(gè)獨(dú)立的電控調(diào)槳機(jī)構(gòu)，通過三組變速電機(jī)和減速箱對槳葉分別進(jìn)行閉環(huán)控制。

　　5、雙饋異步發(fā)電技術(shù)仍占主導(dǎo)地位

　　外資企業(yè)丹麥Vestas公司、西班牙Gamesa公司、美國GE風(fēng)能公司、印度Suzlon公司以及Nordex公司等都在生產(chǎn)雙饋異步發(fā)電型變速風(fēng)電機(jī)組。

　　我國內(nèi)資企業(yè)華銳風(fēng)電、東方氣輪機(jī)、國電聯(lián)合動(dòng)力、廣東明陽、上海電氣和重慶海裝等企業(yè)也在生產(chǎn)雙饋異步發(fā)電機(jī)變速恒頻風(fēng)電機(jī)組。2013年我國新增風(fēng)電機(jī)組中，雙饋異步發(fā)電型變速風(fēng)電機(jī)組約占69%的比例。目前，我國華銳風(fēng)電研發(fā)的3MW的雙饋異步發(fā)電型變速恒頻風(fēng)電機(jī)組已經(jīng)在海上風(fēng)電場批量投入應(yīng)用，6MW的雙饋異步發(fā)電型變速恒頻風(fēng)電機(jī)組已經(jīng)試運(yùn)行。國電聯(lián)合動(dòng)力6MW的雙饋異步發(fā)電型變速恒頻風(fēng)電機(jī)組已經(jīng)安裝試驗(yàn)。

　　6、直驅(qū)式風(fēng)電技術(shù)得到迅速發(fā)展

　　無齒輪箱的直驅(qū)方式能有效地減少由于齒輪箱問題而造成的機(jī)組故障，可有效提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和壽命，減少風(fēng)電場維護(hù)成本，因而逐步得到了市場的青睞。我國新疆金風(fēng)科技有限公司與德國Vensys公司合作研制的1.5MW直驅(qū)式風(fēng)電機(jī)組，已有上千臺安裝在風(fēng)電場。金風(fēng)科技有限公司研制的2.5MW直驅(qū)式風(fēng)電機(jī)組已經(jīng)批量投放國內(nèi)外市場。

　　金風(fēng)科技在2011年、2012年和2013年連續(xù)成為我國風(fēng)電市場的第一大供應(yīng)商。同時(shí)，我國湘電公司的2MW直驅(qū)風(fēng)電機(jī)組也已大批量進(jìn)入市場，5MW直驅(qū)風(fēng)電機(jī)組也已安裝運(yùn)行。其他如:華創(chuàng)風(fēng)能、

　　廣西銀河艾邁迪、航天萬源、濰坊瑞其能等制造企業(yè)也開發(fā)研制了永磁直驅(qū)風(fēng)電機(jī)組。2013年新增大型風(fēng)電機(jī)組中，永磁直驅(qū)式風(fēng)電機(jī)組約占31%。

　　7、各種全功率變流風(fēng)電機(jī)組得到應(yīng)用

　　伴隨著直驅(qū)永磁式風(fēng)電機(jī)組的增多以及高速齒輪箱配高速永磁風(fēng)電機(jī)組的出現(xiàn)，全功率變流技術(shù)得到了廣泛發(fā)展和應(yīng)用。應(yīng)用全功率變流的并網(wǎng)技術(shù)，使風(fēng)輪和發(fā)電機(jī)的調(diào)速范圍擴(kuò)展到0至150%的額定轉(zhuǎn)速，全功率變流技術(shù)對低電壓穿越有簡單先進(jìn)的解決方案，可提高機(jī)組的風(fēng)能利用范圍。近年由于全功率變流技術(shù)的成熟，部分企業(yè)選擇了同步發(fā)電機(jī)或鼠籠發(fā)電機(jī)搭配齒輪箱和全功率變流器的傳動(dòng)鏈形式，主要分為兩類，一類是在1000kW以下的機(jī)組中，采用了電勵(lì)磁同步電機(jī)搭配全功率變流器的形式，如海裝、長星風(fēng)電和久和能源的850kW機(jī)組和航天萬源的900kW的機(jī)組，另外一類為永磁同步電機(jī)或鼠籠電機(jī)搭配齒輪箱和全功率變流器，主要應(yīng)用在2.5MW及以上機(jī)型中，一些企業(yè)選擇了永磁同步電機(jī)或鼠籠電機(jī)搭配齒轉(zhuǎn)箱和全功率變流器的傳動(dòng)鏈形式，比如金風(fēng)的3MW機(jī)組、明陽的3MW超緊湊機(jī)組和南車的2.5MW機(jī)組，國際廠商的機(jī)型如Vestas的V112、西門子的SWT-3.6-120和Gamesa的G10X-4.5等機(jī)組;上述全功率變流風(fēng)電機(jī)組也代表了今后的發(fā)展趨勢。

　　8、低風(fēng)速地區(qū)風(fēng)電設(shè)備研發(fā)取得進(jìn)展

　　針對我國大多數(shù)地區(qū)處于低風(fēng)速區(qū)的實(shí)際情況，國內(nèi)企業(yè)通過技術(shù)創(chuàng)新，研發(fā)出針對性的風(fēng)電機(jī)組產(chǎn)品及解決方案，最為明顯的特征為風(fēng)輪葉片更長、塔架更高，捕獲的風(fēng)能資源更多。以1.5MW風(fēng)電機(jī)組為例，2012年新增機(jī)組中，60%以上為風(fēng)輪直徑86米及以上的風(fēng)電機(jī)組，有的1.5MW機(jī)組甚至采用了直徑93米以上的風(fēng)輪。國內(nèi)提供1.5MW風(fēng)電機(jī)組的30余家企業(yè)之中，已有10多家具備了直徑90米以上風(fēng)輪機(jī)型的供應(yīng)能力。2MW低速風(fēng)電機(jī)組的風(fēng)輪直徑達(dá)到115米以上，金風(fēng)公司2.5MW低速風(fēng)電機(jī)組的風(fēng)輪直徑甚至達(dá)到了121米。這些低速風(fēng)電機(jī)組在我國南部省份的分散式風(fēng)電場中發(fā)揮較好的作用。

　　9、大型風(fēng)電機(jī)組關(guān)鍵部件的性能日益提高

　　我國在大型風(fēng)電機(jī)組關(guān)鍵部件方面也取得明顯進(jìn)步，如南京高速齒輪箱廠、重慶齒輪箱廠、大連重工減速機(jī)廠、杭州前進(jìn)齒輪箱廠和德陽二重等主要齒輪箱制造企業(yè)生產(chǎn)的大型風(fēng)電機(jī)組齒輪箱，供貨能力充足，質(zhì)量已有明顯提高;中材科技、中復(fù)連眾、保定惠騰、等葉片制造企業(yè)供貨能力充足，質(zhì)量已有明顯提高，國內(nèi)已能生產(chǎn)長達(dá)48.8m,與3兆瓦風(fēng)電機(jī)組配套的大尺寸葉片，與6MW風(fēng)電機(jī)組配套的葉片也已經(jīng)下線;永濟(jì)電機(jī)廠、湘潭電機(jī)、南車電機(jī)等生產(chǎn)的發(fā)電機(jī)等產(chǎn)品批量大，質(zhì)量有很大提高。從2013年上海第八屆風(fēng)能展的情況看，我國風(fēng)電設(shè)備的產(chǎn)業(yè)鏈已經(jīng)形成，為今后的快速發(fā)展奠定了穩(wěn)固的基礎(chǔ)。我國在某些基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)件、鑄鍛件等領(lǐng)域已經(jīng)具有優(yōu)勢，不僅能滿足國內(nèi)市場需求，而且已經(jīng)向國際市場供貨。

　　北京科諾偉業(yè)能源科技有限公司、深圳禾旺電氣、合肥陽光電源有限公司、天津瑞能電氣、金風(fēng)天誠科創(chuàng)、龍?jiān)措姎獾?0多家企業(yè)已具備兆瓦級風(fēng)電機(jī)組變流器研發(fā)、生產(chǎn)和供貨能力。

　　10、葉片技術(shù)發(fā)展趨勢

　　隨著風(fēng)電機(jī)組尺寸的增大，葉片的長度也變得更長，為了使葉片的尖部不與塔架相碰，設(shè)計(jì)的主要思路是增加葉片的剛度。為了減少重力和保持頻率，則需要降低葉片的重量。好的疲勞特性和好的減振結(jié)構(gòu)有助于保證葉片長期的工作壽命。

　　額外的葉片狀況檢測設(shè)備將被開發(fā)出來并安裝在風(fēng)電機(jī)組上，以便在葉片結(jié)構(gòu)中的裂紋發(fā)展成致命損壞之前或風(fēng)電機(jī)組整機(jī)損壞之前警示操作者。對于陸上風(fēng)電機(jī)組來說，不久這種檢測設(shè)備就會成為必備品。

　　為了增加葉片的個(gè)剛度并防止它由于彎曲而碰到塔架，在長度大于50米的葉片上將廣泛使用強(qiáng)化碳纖維材料。

　　為了方便兆瓦級葉片的道路運(yùn)輸，某些公司已經(jīng)研究把葉片制作成兩段的技術(shù)。例如使葉片由內(nèi)、外兩段葉片組成，靠近葉根的內(nèi)段由鋼制造，外包玻璃鋼殼體形成氣動(dòng)形狀表面。

　　11、風(fēng)電場建設(shè)和運(yùn)營的技術(shù)水平日益提高

　　隨著投資者對風(fēng)電場建設(shè)前期評估工作和建成后運(yùn)行質(zhì)量的越來越高的要求，國外已經(jīng)針對風(fēng)資源的測試與評估開發(fā)出了許多先進(jìn)測試設(shè)備和評估軟件。在風(fēng)電場選址，特變是選址方面已經(jīng)開發(fā)了商業(yè)化的應(yīng)用軟件。在風(fēng)電機(jī)組布局及電力輸配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上也開發(fā)出了成熟軟件。國外還對風(fēng)電繼續(xù)和風(fēng)電場的短期及長期發(fā)電量預(yù)測做了很多研究，取得了重大進(jìn)步，預(yù)測精準(zhǔn)度可達(dá)90%以上。

　　12、惡劣氣候環(huán)境下的風(fēng)電機(jī)組可靠性得到重視

　　由于中國的北方具有沙塵暴、低溫、冰雪、雷暴。東南沿海具有臺風(fēng)、鹽霧，西南地區(qū)具有高海拔等惡劣氣候特點(diǎn)，惡劣氣候環(huán)境已對風(fēng)電機(jī)組造成很大影響，包括增加維護(hù)工作量，減少發(fā)電量，嚴(yán)重時(shí)還導(dǎo)致風(fēng)電機(jī)組損壞。因此，在風(fēng)電機(jī)組設(shè)計(jì)和運(yùn)行時(shí)，必須具有一定的防范措施，以提高風(fēng)電機(jī)組抗惡劣氣候環(huán)境的能力，減少損失。因此，近年來中國的風(fēng)電機(jī)組研發(fā)單位在防風(fēng)沙、抗低溫、防雷擊、抗臺風(fēng)、防鹽霧等方面著手開發(fā)了適應(yīng)惡劣氣候環(huán)境下的風(fēng)電機(jī)組，以確保風(fēng)電機(jī)組在惡劣氣候環(huán)境下的風(fēng)電場能夠可靠運(yùn)行，提高發(fā)電量。

　　13、海上風(fēng)電技術(shù)成為重要發(fā)展方向

　　在我國，隨著海上風(fēng)電場規(guī)劃規(guī)模的不斷擴(kuò)大，各主要風(fēng)電機(jī)組整機(jī)制造廠都積極投入大功率海上風(fēng)電機(jī)組的研制工作。華銳率先推出3MW海上風(fēng)電機(jī)組，并在上海東海大橋海上風(fēng)電場批量投入并網(wǎng)運(yùn)行。華銳公司江蘇鹽城海上風(fēng)電機(jī)組研發(fā)基地制造的6MW海上風(fēng)電機(jī)組，已于2011年10月在江蘇射陽縣臨港產(chǎn)業(yè)區(qū)完成首臺機(jī)組的吊裝。金風(fēng)公司在江蘇大豐縣建設(shè)海上風(fēng)電機(jī)組研發(fā)基地研制的6MW直驅(qū)式海上風(fēng)電機(jī)組已經(jīng)下線。湖南湘電收購了荷蘭達(dá)爾文公司，合作研發(fā)的5MW海上直驅(qū)永磁風(fēng)電機(jī)組已經(jīng)投入試運(yùn)行。重慶海裝在國家科技部支持下，成立了“海上風(fēng)力發(fā)電工程技術(shù)研發(fā)中心”，形成了全套產(chǎn)業(yè)鏈的整合，完成了5MW海上風(fēng)電機(jī)組的研發(fā)。國電聯(lián)合動(dòng)力研制的6MW海上風(fēng)電機(jī)組已經(jīng)安裝試運(yùn)行。明陽風(fēng)電、上海電氣、東方汽輪機(jī)、南車株洲電力、浙江華儀等都在全力研制大型海上風(fēng)電機(jī)組。

　　到2020年底，全國規(guī)劃建設(shè)總?cè)萘窟_(dá)3000萬千瓦海上風(fēng)電場。未來風(fēng)能技術(shù)更新發(fā)展的驅(qū)動(dòng)力主要來自蓬勃崛起的近海風(fēng)電場建設(shè)，這一發(fā)展趨勢已經(jīng)不可逆轉(zhuǎn)。

來源：中研網(wǎng)

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