我國風力發(fā)電設(shè)備制造行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀

一、風力發(fā)電風力發(fā)電行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀

1.世界風力發(fā)電風力發(fā)電行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀

根據(jù)全球風能理事會的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，截至2008年底，世界風電總裝機容量達到12079萬千瓦，這意味著每年發(fā)電2600億千瓦時，減少二氧化碳排放1.58億噸?？傃b機容量排在前五位的國家依次是美國、德國、西班牙、中國和印度，他們的裝機容量總和占世界裝機容量的72.6%，即8768萬千瓦。美國的累計裝機容量達到2517萬千瓦，占世界裝機總量的20.8％，超過德國，成為世界第一。

2008年，全球新增裝機容量2706萬千瓦，新增裝機容量排在前五位的國家是美國、中國、印度、德國和西班牙。中國在2008年世界新增裝機容量中所占比例為23%。

2.中國風力發(fā)電行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀

自1986年建設(shè)山東榮成第一個示范風電場風電場至今，經(jīng)過近23年的努力，風電場風電場裝機規(guī)模不斷擴大。根據(jù)中國風能協(xié)會的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，截止2008年底，全國累計安裝風電機組11600多臺，裝機規(guī)模約1215.3萬千瓦，裝機增長率為106%。裝機分布在24個省，比2008年增加了重慶、江西和云南三個省市。累計裝機容量排名前五位的省依次是內(nèi)蒙古、遼寧、河北、吉林和黑龍江。

在累計裝機中，中國內(nèi)資與合資企業(yè)產(chǎn)品占61.8%，金風科技的份額最大，占累計總裝機的21.6%。外資企業(yè)產(chǎn)品占38.2%，西班牙歌美颯的份額最大，占累計總裝機的12.8%。

2008年內(nèi)資企業(yè)新增裝機容量排名前十位的依次是華銳、金風、東汽、運達、上海電氣、明陽、航天安迅能、湘電、常牽新譽和北重。前三位華銳、金風和東汽的新增裝機容量總和約為359萬千瓦，占2008年新增裝機比例為57.43%。

1.風力發(fā)電機的組成

風力發(fā)電機主要部件有葉片、齒輪箱、發(fā)電機、控制系統(tǒng)、變流器、塔架、偏航系統(tǒng)、輪轂、變槳系統(tǒng)和主軸等幾部分組成。風力發(fā)電機組中各部分零部件占總裝機成本的比例如表1所示。

表1：風力發(fā)電機組中各部分零部件占總裝機成本的比例

部件名稱占總成本比例部件名稱占總成本比例部件名稱占總成本比例葉片23.3%塔筒18.9%齒輪箱16.2%變流器7.3%控制器5.0%變槳系統(tǒng)3.9%變壓器3.59%發(fā)電機3.4%輪轂3.0%機架2.8%主軸2.2%偏航2.0%機艙罩1.9%熱交換系統(tǒng)1.3%軸承1.22%螺栓1.04%電纜0.96%制動系統(tǒng)0.6%

2.風力發(fā)電機的分類和技術(shù)特點

根據(jù)葉輪驅(qū)動發(fā)電機的方式，風力發(fā)電機組有三個類型：第一種為雙饋式，即葉輪輪轂通過多級齒輪增速箱驅(qū)動雙饋異步發(fā)電機；第二種為直驅(qū)式，由葉輪直接驅(qū)動多極同步發(fā)電機；第三種為半直驅(qū)式，由葉輪通過單級增速裝置驅(qū)動多極同步發(fā)電機，是直驅(qū)式和傳統(tǒng)型風力發(fā)電機的混合。

雙饋式風力發(fā)電機組的特點是采用了多級齒輪箱驅(qū)動有刷雙饋式異步發(fā)電機。它的發(fā)電機的轉(zhuǎn)速高，轉(zhuǎn)矩小，重量輕，體積小，變流器容量小，但齒輪箱的運行維護成本高且存在機械運行損耗。

直驅(qū)式風力發(fā)電機組在傳動鏈中省掉了齒輪箱，將風輪與低速同步發(fā)電機直接連接，然后通過變流器全變流上網(wǎng)，降低了機械故障的概率和定期維護的成本，同時提高了風電轉(zhuǎn)換效率和運行可靠性，但是電機體積大、價格高。根據(jù)勵磁方式的不同，這種低速同步發(fā)電機可分為永磁式、電勵磁和混合勵磁式三類。

半直驅(qū)式風力發(fā)電機組也要求全功率逆變器?，F(xiàn)多采用一級增速加雙饋異步發(fā)電機或永磁同步發(fā)電機，一般均為中速機。這種機組與直驅(qū)式比較減小了發(fā)電機的體積，與雙饋式比較減小了齒輪箱的體積、降低齒輪箱的制造成本和運行維護成本。

圖1：清能華福1.5MW變流器在風電場并網(wǎng)

目前應用最廣泛的風力發(fā)電機組為雙饋異步式風力發(fā)電機和永磁直驅(qū)同步風力發(fā)電機。表2是對這兩個機型的比較。

表2：雙饋異步式風力發(fā)電機和永磁直驅(qū)同步風力發(fā)電機的比較

雙饋式風電機組永磁直驅(qū)式風電機組結(jié)構(gòu)有齒輪箱，維護成本高無齒輪箱,機組機械結(jié)構(gòu)簡單變流器容量全功率的1/3全功率逆變電機造價/尺寸/重量低/小/輕高/大/重電機滑環(huán)一般每一年更換滑環(huán)一次無滑環(huán)電網(wǎng)電壓突然降低的影響電機端電流迅速升高，電機扭矩迅速增大電流維持穩(wěn)定，扭矩保持不便控制控制回路多，控制復雜些，但控制靈活控制回路少，控制簡單電機種類勵磁永磁，設(shè)計時要考慮永磁體退磁問題

三、1.5MW雙饋異步風力發(fā)電機變流器

1.變流器的系統(tǒng)構(gòu)成

雙饋異步風力發(fā)電機變流器由主電路系統(tǒng)、配電路系統(tǒng)及控制系統(tǒng)構(gòu)成。

?轉(zhuǎn)子側(cè)逆變器

?直流母線單元

?電網(wǎng)側(cè)整流器

配電系統(tǒng)及控制系統(tǒng)

配電系統(tǒng)由并網(wǎng)接觸器、主斷路器、繼電器、變壓器等組成，自身集成有并網(wǎng)控制系統(tǒng)，用戶無須再配置并網(wǎng)柜，提高了系統(tǒng)集成度，節(jié)約了機艙空間，柜中還提供供調(diào)試的220V電源。

控制器由高速數(shù)字信號處理器、人機操作界面和PLC共同構(gòu)成。整個控制系統(tǒng)配備UPS，便于電壓跌落時系統(tǒng)具有不間斷運行能力。

2.以清能華福自主研制的-DFIG型1.5MW雙饋異步風電機變流器為例

1.5MW變流器的系統(tǒng)功能和技術(shù)特征

-DFIG變流器采用了擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的“基于雙DSP的全數(shù)字化矢量控制策略”的核心技術(shù)，采用該技術(shù)可以優(yōu)化風力發(fā)電系統(tǒng)的運行，實現(xiàn)寬風速范圍內(nèi)的變速恒頻發(fā)電，改善風機效率和傳輸鏈的工作狀況，減少發(fā)電機損耗，提高運行效率，提升風能利用率。

-DFIG變流器具有以下一些特點：

?優(yōu)異的控制性能；

?完備的保護功能；

?良好的電網(wǎng)適應能力；

④具備高可靠性，適應高低溫、高海拔等惡劣地區(qū)運行；

⑤提供多種通信接口，如,等，用戶可通過這些接口方便的實現(xiàn)變流器與系統(tǒng)控制器及風場遠程監(jiān)控系統(tǒng)的集成控制。

⑥模塊化設(shè)計，組合式結(jié)構(gòu)，安裝維護便捷；

⑦豐富的備品備件；專業(yè)、快速的技術(shù)服務。

1.5MW變流器的主要技術(shù)參數(shù)

額定容量：700kVA

對發(fā)電機要求：雙饋異步風力發(fā)電機

輸出電流正弦波失真率：

3%

功率因數(shù)：容性0.9～感性0.9可調(diào)

變流器效率：≥97.5%

1.全球風能理事會.2008年全球風電市場統(tǒng)計.

2.施鵬飛.2008中國風電場裝機容量統(tǒng)計.中國可再生能源學會風能專業(yè)委員會.一、風力發(fā)電風力發(fā)電行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀

1.世界風力發(fā)電風力發(fā)電行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀

根據(jù)全球風能理事會的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，截至2008年底，世界風電總裝機容量達到12079萬千瓦，這意味著每年發(fā)電2600億千瓦時，減少二氧化碳排放1.58億噸?？傃b機容量排在前五位的國家依次是美國、德國、西班牙、中國和印度，他們的裝機容量總和占世界裝機容量的72.6%，即8768萬千瓦。美國的累計裝機容量達到2517萬千瓦，占世界裝機總量的20.8％，超過德國，成為世界第一。

2008年，全球新增裝機容量2706萬千瓦，新增裝機容量排在前五位的國家是美國、中國、印度、德國和西班牙。中國在2008年世界新增裝機容量中所占比例為23%。

2.中國風力發(fā)電行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀

自1986年建設(shè)山東榮成第一個示范風電場風電場至今，經(jīng)過近23年的努力，風電場風電場裝機規(guī)模不斷擴大。根據(jù)中國風能協(xié)會的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，截止2008年底，全國累計安裝風電機組11600多臺，裝機規(guī)模約1215.3萬千瓦，裝機增長率為106%。裝機分布在24個省，比2008年增加了重慶、江西和云南三個省市。累計裝機容量排名前五位的省依次是內(nèi)蒙古、遼寧、河北、吉林和黑龍江。

在累計裝機中，中國內(nèi)資與合資企業(yè)產(chǎn)品占61.8%，金風科技的份額最大，占累計總裝機的21.6%。外資企業(yè)產(chǎn)品占38.2%，西班牙歌美颯的份額最大，占累計總裝機的12.8%。

2008年內(nèi)資企業(yè)新增裝機容量排名前十位的依次是華銳、金風、東汽、運達、上海電氣、明陽、航天安迅能、湘電、常牽新譽和北重。前三位華銳、金風和東汽的新增裝機容量總和約為359萬千瓦，占2008年新增裝機比例為57.43%。

1.風力發(fā)電機的組成

風力發(fā)電機主要部件有葉片、齒輪箱、發(fā)電機、控制系統(tǒng)、變流器、塔架、偏航系統(tǒng)、輪轂、變槳系統(tǒng)和主軸等幾部分組成。風力發(fā)電機組中各部分零部件占總裝機成本的比例如表1所示。

表1：風力發(fā)電機組中各部分零部件占總裝機成本的比例

部件名稱占總成本比例部件名稱占總成本比例部件名稱占總成本比例葉片23.3%塔筒18.9%齒輪箱16.2%變流器7.3%控制器5.0%變槳系統(tǒng)3.9%變壓器3.59%發(fā)電機3.4%輪轂3.0%機架2.8%主軸2.2%偏航2.0%機艙罩1.9%熱交換系統(tǒng)1.3%軸承1.22%螺栓1.04%電纜0.96%制動系統(tǒng)0.6%

2.風力發(fā)電機的分類和技術(shù)特點

根據(jù)葉輪驅(qū)動發(fā)電機的方式，風力發(fā)電機組有三個類型：第一種為雙饋式，即葉輪輪轂通過多級齒輪增速箱驅(qū)動雙饋異步發(fā)電機；第二種為直驅(qū)式，由葉輪直接驅(qū)動多極同步發(fā)電機；第三種為半直驅(qū)式，由葉輪通過單級增速裝置驅(qū)動多極同步發(fā)電機，是直驅(qū)式和傳統(tǒng)型風力發(fā)電機的混合。

雙饋式風力發(fā)電機組的特點是采用了多級齒輪箱驅(qū)動有刷雙饋式異步發(fā)電機。它的發(fā)電機的轉(zhuǎn)速高，轉(zhuǎn)矩小，重量輕，體積小，變流器容量小，但齒輪箱的運行維護成本高且存在機械運行損耗。

直驅(qū)式風力發(fā)電機組在傳動鏈中省掉了齒輪箱，將風輪與低速同步發(fā)電機直接連接，然后通過變流器全變流上網(wǎng)，降低了機械故障的概率和定期維護的成本，同時提高了風電轉(zhuǎn)換效率和運行可靠性，但是電機體積大、價格高。根據(jù)勵磁方式的不同，這種低速同步發(fā)電機可分為永磁式、電勵磁和混合勵磁式三類。

半直驅(qū)式風力發(fā)電機組也要求全功率逆變器?，F(xiàn)多采用一級增速加雙饋異步發(fā)電機或永磁同步發(fā)電機，一般均為中速機。這種機組與直驅(qū)式比較減小了發(fā)電機的體積，與雙饋式比較減小了齒輪箱的體積、降低齒輪箱的制造成本和運行維護成本。

圖1：清能華福1.5MW變流器在風電場并網(wǎng)

目前應用最廣泛的風力發(fā)電機組為雙饋異步式風力發(fā)電機和永磁直驅(qū)同步風力發(fā)電機。表2是對這兩個機型的比較。

表2：雙饋異步式風力發(fā)電機和永磁直驅(qū)同步風力發(fā)電機的比較

雙饋式風電機組永磁直驅(qū)式風電機組結(jié)構(gòu)有齒輪箱，維護成本高無齒輪箱,機組機械結(jié)構(gòu)簡單變流器容量全功率的1/3全功率逆變電機造價/尺寸/重量低/小/輕高/大/重電機滑環(huán)一般每一年更換滑環(huán)一次無滑環(huán)電網(wǎng)電壓突然降低的影響電機端電流迅速升高，電機扭矩迅速增大電流維持穩(wěn)定，扭矩保持不便控制控制回路多，控制復雜些，但控制靈活控制回路少，控制簡單電機種類勵磁永磁，設(shè)計時要考慮永磁體退磁問題

三、1.5MW雙饋異步風力發(fā)電機變流器

1.變流器的系統(tǒng)構(gòu)成

雙饋異步風力發(fā)電機變流器由主電路系統(tǒng)、配電路系統(tǒng)及控制系統(tǒng)構(gòu)成。

?轉(zhuǎn)子側(cè)逆變器

?直流母線單元

?電網(wǎng)側(cè)整流器

配電系統(tǒng)及控制系統(tǒng)

配電系統(tǒng)由并網(wǎng)接觸器、主斷路器、繼電器、變壓器等組成，自身集成有并網(wǎng)控制系統(tǒng)，用戶無須再配置并網(wǎng)柜，提高了系統(tǒng)集成度，節(jié)約了機艙空間，柜中還提供供調(diào)試的220V電源。

控制器由高速數(shù)字信號處理器、人機操作界面和PLC共同構(gòu)成。整個控制系統(tǒng)配備UPS，便于電壓跌落時系統(tǒng)具有不間斷運行能力。

2.以清能華福自主研制的-DFIG型1.5MW雙饋異步風電機變流器為例

1.5MW變流器的系統(tǒng)功能和技術(shù)特征

-DFIG變流器采用了擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的“基于雙DSP的全數(shù)字化矢量控制策略”的核心技術(shù)，采用該技術(shù)可以優(yōu)化風力發(fā)電系統(tǒng)的運行，實現(xiàn)寬風速范圍內(nèi)的變速恒頻發(fā)電，改善風機效率和傳輸鏈東莞康明斯發(fā)電機組

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