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我国大型风电机组的发展趋势

来源: 作者:宣传组 时间: 2014-12-17 【字号:
来源:北极星电力网

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如下特点:

1、产业集中是总的趋势

2012年,全国累计装机容量前十名制造商的容量比例之和已经达到83.2%,新增装机容量前十名制造商的容量比例之和已经达到81.2%。全国排名前十五位的风电机组制造企业占据了全国新增装机94.2%的市场份额。2012年,金风科技、华锐风电、国电联合动力、广东明阳和湘电风能这前5家企业,就占据了国内新增装机60%以上的市场份额。可以看出:全国风电设备市场由十多家大型风电机组制造企业控制或垄断的局面仍然没有明显变化。

近几年,风电设备制造企业之间的兼并、重组、收购愈演愈烈。例如:金风科技收购了德国Vensys公司;湘电股份1000万欧元收购荷兰达尔文公司;中复连众收购了德国NOI公司;中航惠腾2009年收购了CTC叶片公司。此外,上海电气与西门子实现战略合作,大唐集团与华创风能实现战略重组,华创风能正式并入大唐集团序列。国内各大风电制造公司完成了产业布局,在主要市场集中地都建立了生产基地,一个大公司相当于多个公司的集成。

2、水平轴风电机组技术仍然是主流

水平轴风电机组技术,因其具有风能转换效率高、转轴较短,在大型风电机组上更显出经济性等优点,使水平轴风电机组仍然是国内大型风电机组发展的主流机型,并占到100%以上的市场份额。近期发展的大型垂直轴风电机组因具有全风向对风、变速装置及发电机可以置于风轮下方或地面等优点,近年来,相关研究和开发也在不断进行并取得一定进展,单机试验示范正在进行,但是还没有机组产品在风电场批量应用。

3、风电机组单机容量持续增大

近年来,国内风电市场中风电机组的单机容量持续增大,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2005年的750kW-850kW增加到2013年的1.5-2.5MW。

同样,国内风电市场中风电机组的单机容量也持续增大。2012年新安装的机组的平均单机容量达到了1.65MW,而2013年新安装的机组的平均单机容量已经达到了1.73MW。2013年我国风电场安装的最大风电机组为6MW。

近年来,海上风电场的开发进一步加快了大容量风电机组的发展,我国华锐风电的3MW海上风电机组已经在海上风电场批量应用。3.6MW,4MW、5MW,5.5MW和6MW海上风电机组已经陆续下线并投入试运行。目前,华锐、金风、上海电气、联合动力、湖南湘电、重庆海装、东方汽轮机、广东明阳和太原重工等公司都已经研制出5MW至6MW的大容量海上风电机组产品,为大规模开发海上风电积极做好准备。

4、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。2012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。

5、双馈异步发电技术仍占主导地位

外资企业丹麦Vestas公司、西班牙Gamesa公司、美国GE风能公司、印度Suzlon公司以及Nordex公司等都在生产双馈异步发电型变速风电机组。

我国内资企业华锐风电、东方气轮机、国电联合动力、广东明阳、上海电气和重庆海装等企业也在生产双馈异步发电机变速恒频风电机组。2013年我国新增风电机组中,双馈异步发电型变速风电机组约占69%的比例。目前,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,6MW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6MW的双馈异步发电型变速恒频风电机组已经安装试验。

6、直驱式风电技术得到迅速发展

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与德国Vensys公司合作研制的1.5MW直驱式风电机组,已有上千台安装在风电场。金风科技有限公司研制的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年和2013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、

广西银河艾迈迪、航天万源、潍坊瑞其能等制造企业也开发研制了永磁直驱风电机组。2013年新增大型风电机组中,永磁直驱式风电机组约占31%。

7、各种全功率变流风电机组得到应用

伴随着直驱永磁式风电机组的增多以及高速齿轮箱配高速永磁风电机组的出现,全功率变流技术得到了广泛发展和应用。应用全功率变流的并网技术,使风轮和发电机的调速范围扩展到0至150%的额定转速,全功率变流技术对低电压穿越有简单先进的解决方案,可提高机组的风能利用范围。近年由于全功率变流技术的成熟,部分企业选择了同步发电机或鼠笼发电机搭配齿轮箱和全功率变流器的传动链形式,主要分为两类,一类是在1000kW以下的机组中,采用了电励磁同步电机搭配全功率变流器的形式,如海装、长星风电和久和能源的850kW机组和航天万源的900kW的机组,另外一类为永磁同步电机或鼠笼电机搭配齿轮箱和全功率变流器,主要应用在2.5MW及以上机型中,一些企业选择了永磁同步电机或鼠笼电机搭配齿转箱和全功率变流器的传动链形式,比如金风的3MW机组、明阳的3MW超紧凑机组和南车的2.5MW机组,国际厂商的机型如Vestas的V112、西门子的SWT-3.6-120和Gamesa的G10X-4.5等机组;上述全功率变流风电机组也代表了今后的发展趋势。

8、低风速地区风电设备研发取得进展

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,2012年新增机组中,60%以上为风轮直径86米及以上的风电机组,有的1.5MW机组甚至采用了直径93米以上的风轮。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米以上风轮机型的供应能力。2MW低速风电机组的风轮直径达到115米以上,金风公司2.5MW低速风电机组的风轮直径甚至达到了121米。这些低速风电机组在我国南部省份的分散式风电场中发挥较好的作用。

9、大型风电机组关键部件的性能日益提高

我国在大型风电机组关键部件方面也取得明显进步,如南京高速齿轮箱厂、重庆齿轮箱厂、大连重工减速机厂、杭州前进齿轮箱厂和德阳二重等主要齿轮箱制造企业生产的大型风电机组齿轮箱,供货能力充足,质量已有明显提高;中材科技、中复连众、保定惠腾、等叶片制造企业供货能力充足,质量已有明显提高,国内已能生产长达48.8m,与3兆瓦风电机组配套的大尺寸叶片,与6MW风电机组配套的叶片也已经下线;永济电机厂、湘潭电机、南车电机等生产的发电机等产品批量大,质量有很大提高。从2013年上海第八届风能展的情况看,我国风电设备的产业链已经形成,为今后的快速发展奠定了稳固的基础。我国在某些基础结构件、铸锻件等领域已经具有优势,不仅能满足国内市场需求,而且已经向国际市场供货。

北京科诺伟业能源科技有限公司、深圳禾旺电气、合肥阳光电源有限公司、天津瑞能电气、金风天诚科创、龙源电气等10多家企业已具备兆瓦级风电机组变流器研发、生产和供货能力。

10、叶片技术发展趋势

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。

额外的叶片状况检测设备将被开发出来并安装在风电机组上,以便在叶片结构中的裂纹发展成致命损坏之前或风电机组整机损坏之前警示操作者。对于陆上风电机组来说,不久这种检测设备就会成为必备品。

为了增加叶片的个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。

为了方便兆瓦级叶片的道路运输,某些公司已经研究把叶片制作成两段的技术。例如使叶片由内、外两段叶片组成,靠近叶根的内段由钢制造,外包玻璃钢壳体形成气动形状表面。

13、海上风电技术成为重要发展方向

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电机组研发基地制造的6MW海上风电机组,已于2011年10月在江苏射阳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下线。湖南湘电收购了荷兰达尔文公司,合作研发的5MW海上直驱永磁风电机组已经投入试运行。重庆海装在国家科技部支持下,成立了“海上风力发电工程技术研发中心”,形成了全套产业链的整合,完成了5MW海上风电机组的研发。国电联合动力研制的6MW海上风电机组已经安装试运行。明阳风电、上海电气、东方汽轮机、南车株洲电力、浙江华仪等都在全力研制大型海上风电机组。

到2020年底,全国规划建设总容量达3000万千瓦海上风电场。未来风能技术更新发展的驱动力主要来自蓬勃崛起的近海风电场建设,这一发展趋势已经不可逆转。

(责任编辑 张妍 )
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