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风电技术发展趋势.doc

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2009-2012 年中国风电机组技术发展趋势分析正文目录一、风电设备发展的国际趋势 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。1、单机容量增大单机容量越大,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都提出要在 2010 年实现 10000 千瓦的计划。美国已经研制成 7000 千瓦的风机。2、定桨矩向变桨矩的变化以前的桨叶采用固定模式,现逐步发展为变桨矩模式。利用变桨矩调节技术,叶片的安装角可以根据风速的变化而改变,气流的攻角在风速变化时可以保持在一定的合理范围。当风速大于额定风速时,仍可以保持稳定的输出功率。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(Cp)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。4、驱动方式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 1.1MW,叶轮直径 56 米的混合式风电机组。从国际上的趋势看,直驱式风力机由于具有传动链能量损失小、维护费用低、可靠性好等优点,在市场上正在占有越来越大的份额。二、国际接轨是我国风电机组发展的必然趋势 1、现状分析:与先进水平差距明显我国从 20 世纪 70 年代开始研制大型并网风电机组,直到 1997 年在国家“ 乘风计划”的支持下,才真正从科研走向了市场。我国风力发电机组的研发能力严重不足,基本还处于跟踪和引进国外先进技术的阶段。而且,国产产品大多是“定桨定速’ 技术的,只相当于国际上 20 世纪 90 年代中期的水平。但就是这样的技术我们还没有自主开发的产品。一方面,国内风电技术基础薄弱,核心技术缺乏。由于我国风电设备制造起步较晚,虽然采取了测绘仿制、合资生产或购买许可证国内组装等技术途径,但未能掌握风电机组总体设计的核心技术。同时,开发中的测试、试验标准与规范极不健全。虽然我国对风电机组的测试技术作过一些研究,但不够系统,技术标准、产品认证工作滞后,而且没有风电设备的国家试验风场。另一方面,技术发展滞后,创新能力不足。目前,我国风电产业技术还没有达到国外主流机型的技术水平,正在开发的机型已经是国外相对成熟的技术。而风力发电机组技术发展非常迅速,更大功率、更先进技术和新的设计理念不断涌现,部分技术国内刚刚掌握就已经落后于国际主流技术。2、国际风电发展的启示回顾国际风电发展历程,大致可以分为三个阶段:第一阶段:1977-1987 年。这个阶段的主要成就是证明风力是可以发电的,风的很多特点是可以被人类利用和控制的。其中,丹麦和美国的研究成果最多,风机容量也从几十千瓦发展到百千瓦。第二阶段:1987-1997 年。风电技术逐步成熟,风电产业成规模的发展,并建立了稳定的商业模式。涌现出了近 10 家技术较为成熟的优秀制造企业,单机容量从百千瓦提高到几百千瓦,变桨风机技术成熟并进入市场,与失速风机在竞争中共同发展。另外,风机的单位千瓦造价从 1000 美金降到 700 美金。第三阶段:1997-现在。兆瓦级风机成主要趋势,海上风电逐步推广。随着单机容量提高,为应对极限载荷和疲劳载荷的挑战,新的直驱变速变桨和双馈变速变桨逐步成为兆瓦级风机的主流技术。我国的风电发展大致比国际先进水平晚 10-15 年,可以分为四个阶段:第一阶段:1986-1990 年。尚处于探索和示范阶段,其特点是项目规模
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