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我国大型风电设备最新发展趋势分析

纵观中国风电产业技术现实和前沿技术的发展,目前全国风电制造技术发展主要呈现发展趋势:

1、风电机组平均单机容量持续增大

近年来,国内风电市场中风电机组的平均单机容量持续增大,2015年新安装机组的平均单机容量达到了1837MW,比2014年的1768MW同比增长了3.9%0 2015年我国风电场运行的最大风电机组为6MWo 2015年我国安装的最大风电机组为

6.5MW。

随着单机容量不断增大和利用效率提高,国内主流机型已经从2010-2013年的1.5MW变更为2015年的2MW。在2015年新增装机容量中,2MW风电机组的市场份额已经超过50%, 2MW风电机组成为新增市场份额中最大的功率机型。

2、变桨变速功率调节技术得到广泛采用

由于变桨距功率调节方式具有载荷控制平稳、安全和高效等优点,近年在大型风电机组上得到了广泛采用。结合变桨距技术的应用以及电力电子技术的发展,大多数风电机组制造厂商采用了变速恒频技术,并开发出了电动变桨变速风电机

组,在风能转换效率上有了进一步完善和提高。2015年,在全国安装的风电机组全部采用了变桨变速恒频技术。2MW以上的风电机组大多采用三个独立的电控调桨机构,通过三组变速电机和减速箱对桨叶分别进行闭环控制。广东明阳的3MW风电机组还首次采用了液压变桨技术。

3、双馈异步发电技术仍占主导地位

我国内资企业国电联合动力、广东明阳、远景能源、上海电气、华锐风电、东方电气、重庆海装和浙江运达等主要企业都在生产双馈异步发电机变速恒频风电机组。2015年我国新增风电机组中,双馈异步发电机变速恒频风电机组约占689的比例。目前,我国2MW双馈异步发电机变速恒频风电机组技术非常成熟,已经成为主流机型。我国华锐风电研发的3MW的双馈异步发电型变速恒频风电机组已经在海上风电场批量投入应用,华锐风电研发的6 MW的双馈异步发电型变速恒频风电机组已经试运行,国电联合动力研发的6 MW的双馈异步发电型变速恒频风电机组也已经安装试验。预计到2020年,我国新增风电机组中,双馈异步发电机变速恒频风电机组仍将占60%左右的市场份额。

4、直驱永磁式全功率变流技术得到迅速发展

无齿轮箱的直驱方式能有效地减少由于齿轮箱问题而造成的机组故障,可有效提高系统运行的可靠性和寿命,减少风电场维护成本,因而逐步得到了市场的青睐。我国新疆金风科技有限公司生产的1.5MW直驱式风电机组,已有一万多台安装在风电场。该公司研制的2MW和2.5MW直驱式风电机组已经批量投放国内外市场。

金风科技在2011年、2012年、2013年、2014年和2015年连续成为我国风电市场的第一大供应商。同时,我国湘电公司的2MW直驱风电机组也已大批量进入市场,5MW直驱风电机组也已安装运行。其他如:华创风能、东方电气、北车集团、潍坊瑞其能等制造企业也在生产直驱风电机组。2015年新增大型风电机组中,永磁直驱式风电机组约占30%以上。此外,我国航天万源公司还在生产励磁直驱式风电机组。

5、低风速风电机组研发不断取得成功

针对我国大多数地区处于低风速区的实际情况,国内企业通过技术创新,研发出针对性的风电机组产品及解决方案,最为明显的特征为风轮叶片更长、塔架更高,捕获的风能资源更多。以1.5MW风电机组为例,国内提供1.5MW风电机组的30余家企业之中,已有10多家具备了直径90米以上风轮直径机型的供应能力。在2MW机型中,国电联合动力、广东明阳、金风科技等公司的2MW低速风电机组的风轮直径已经达到115米以上,金风公司2.5MW低速风电机组的风轮直径达到了121米。这些低风速风电机组在我国中、南部省份的风电场建设运行中发挥了较好的作用。

6、叶片技术发展趋势

2015年,1.5MW风电机组的风轮直径多分布在82m-93m之间,最大达到97m.2MW风电机组的风轮直径多分布在93m-118m之间,例如:中科宇能公司已经研制出长度59.5m的叶片,风轮直径最大达到121 m.

随着风电机组尺寸的增大,叶片的长度也变得更长,为了使叶片的尖部不与塔架相碰,设计的主要思路是增加叶片的刚度。为了减少重力和保持频率,则需要降低叶片的重量。好的疲劳特性和好的减振结构有助于保证叶片长期的工作寿命。

为了增加叶片的刚度并防止它由于弯曲而碰到塔架,在长度大于50米的叶片上将广泛使用强化碳纤维材料。

7,塔架技术发展趋势

随着风电机组尺寸的增大,塔架的高度也变得更高,出现了超高的柔性塔架。

为了方便兆瓦级塔架的道路运输,金风科技等公司已经研究出了把塔架制作成两段的技术。例如使塔架由上、下两段塔筒材料组成,靠近地基的下段由混凝土制造,上段仍由钢筒制成。在十三五期间,还将研制高度巧0米一200米的超高型塔架,为8MW-10MW风电机组提供支撑。

8、适合特殊气候环境风电机组的可靠性得到提高

由于中国的北方具有沙尘暴、低温、冰雪、雷暴,东南沿海具有台风、盐雾,西南地区具有高海拔等恶劣气候特点,恶劣气候环境已对风电机组造成很大的影响,包括增加维护工作量,减少发电量,严重时还导致风电机组损坏。因此,在风电机组设计和运行时,必须具有一定的防范措施,以提高风电机组抗恶劣气候环境的能力,减少损失。近年来中国的风电机组研发单位已经开发了抗风沙型、抗低温型、高原型、低风速型等适应恶劣气候环境下的各类风电机组,确保了风电机组能够在恶劣气候条件下的风电场可靠运行,并有效地提高了发电量。

9、海上风电机组开发取得进展

在我国,随着海上风电场规划规模的不断扩大,各主要风电机组整机制造厂都积极投入大功率海上风电机组的研制工作。华锐率先推出3MW海上风电机组,并在上海东海大桥海上风电场批量投入并网运行。华锐公司江苏盐城海上风龟机组研发基地制造的6MW海上风电机组,已于2011年10月在江苏射加县临港产业区完成首台机组的吊装。金风公司在江苏大丰县建设海上风电机组研发基地研制的6MW直驱式海上风电机组已经安装运行。2016年7月底,1D台由湘电公司研发的5MW海上直驱永磁风电机组已经在福建莆田平海湾海上风场成功并网发电。重庆海装完成了5 MW海上风电机组的试运行。国电联合动力研制的6MW海上风电机组已经安装试运行。远景能源研制的4MW海上风电机组已经在江苏海上风电场并网运行。上海电气一西门子联合研制的4MW海上风电机组都已经批量应用于海上风电场。

东方电气研制的5.5MW高速永磁风电机组、明阳风电研制的6.5MW中速传动永磁发电机全功率变流超紧凑型风电机组已经取得新进展。南车株洲电力、浙江运达等也在全力研制大型海上风电机组。

未来风能技术更新发展的驱动力主要来自蓬勃崛起的海上风电场建设,尽管现在进展仍比较缓慢,但这一发展趋势已经不可逆转。

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