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

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

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

根據(jù)全球風(fēng)能理事會(huì)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，截至2008年底，世界風(fēng)電總裝機(jī)容量達(dá)到12079萬千瓦，這意味著每年發(fā)電2600億千瓦時(shí)，減少二氧化碳排放1.58億噸?？傃b機(jī)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(jī)容量總和占世界裝機(jī)容量的72.6%，即8768萬千瓦。美國的累計(jì)裝機(jī)容量達(dá)到2517萬千瓦，占世界裝機(jī)總量的20.8％，超過德國，成為世界第一。

2008年，全球新增裝機(jī)容量2706萬千瓦，新增裝機(jī)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(jī)容量中所占比例為23%。

2.中國風(fēng)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(gè)示范風(fēng)電場風(fēng)電場至今，經(jīng)過近23年的努力，風(fēng)電場風(fēng)電場裝機(jī)規(guī)模不斷擴(kuò)大。根據(jù)中國風(fēng)能協(xié)會(huì)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，截止2008年底，全國累計(jì)安裝風(fēng)電機(jī)組11600多臺(tái)，裝機(jī)規(guī)模約1215.3萬千瓦，裝機(jī)增長率為106%。裝機(jī)分布在24個(gè)省，比2008年增加了重慶、江西和云南三個(gè)省市。累計(jì)裝機(jī)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(jì)裝機(jī)中，中國內(nèi)資與合資企業(yè)產(chǎn)品占61.8%，金風(fēng)科技的份額最大，占累計(jì)總裝機(jī)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(jì)總裝機(jī)的12.8%。

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

1.風(fēng)力發(fā)電機(jī)的組成

風(fēng)力發(fā)電機(jī)主要部件有葉片、齒輪箱、發(fā)電機(jī)、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(fēng)力發(fā)電機(jī)組中各部分零部件占總裝機(jī)成本的比例如表1所示。

表1：風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中各部分零部件占總裝機(jī)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(jī)3.4%輪轂3.0%機(jī)架2.8%主軸2.2%偏航2.0%機(jī)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(dòng)系統(tǒng)0.6%

2.風(fēng)力發(fā)電機(jī)的分類和技術(shù)特點(diǎn)

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

雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的特點(diǎn)是采用了多級(jí)齒輪箱驅(qū)動(dòng)有刷雙饋式異步發(fā)電機(jī)。它的發(fā)電機(jī)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(yùn)行維護(hù)成本高且存在機(jī)械運(yùn)行損耗。

直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在傳動(dòng)鏈中省掉了齒輪箱，將風(fēng)輪與低速同步發(fā)電機(jī)直接連接，然后通過變流器全變流上網(wǎng)，降低了機(jī)械故障的概率和定期維護(hù)的成本，同時(shí)提高了風(fēng)電轉(zhuǎn)換效率和運(yùn)行可靠性，但是電機(jī)體積大、價(jià)格高。根據(jù)勵(lì)磁方式的不同，這種低速同步發(fā)電機(jī)可分為永磁式、電勵(lì)磁和混合勵(lì)磁式三類。

半直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組也要求全功率逆變器。現(xiàn)多采用一級(jí)增速加雙饋異步發(fā)電機(jī)或永磁同步發(fā)電機(jī)，一般均為中速機(jī)。這種機(jī)組與直驅(qū)式比較減小了發(fā)電機(jī)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(yùn)行維護(hù)成本。

圖1：清能華福1.5MW變流器在風(fēng)電場并網(wǎng)

目前應(yīng)用最廣泛的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組為雙饋異步式風(fēng)力發(fā)電機(jī)和永磁直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)。表2是對(duì)這兩個(gè)機(jī)型的比較。

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

雙饋式風(fēng)電機(jī)組永磁直驅(qū)式風(fēng)電機(jī)組結(jié)構(gòu)有齒輪箱，維護(hù)成本高無齒輪箱,機(jī)組機(jī)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(jī)造價(jià)/尺寸/重量低/小/輕高/大/重電機(jī)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(jī)端電流迅速升高，電機(jī)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(fù)雜些，但控制靈活控制回路少，控制簡單電機(jī)種類勵(lì)磁永磁，設(shè)計(jì)時(shí)要考慮永磁體退磁問題

三、1.5MW雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)變流器

1.變流器的系統(tǒng)構(gòu)成

雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)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(jī)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(hào)處理器、人機(jī)操作界面和PLC共同構(gòu)成。整個(gè)控制系統(tǒng)配備UPS，便于電壓跌落時(shí)系統(tǒng)具有不間斷運(yùn)行能力。

2.以清能華福自主研制的-DFIG型1.5MW雙饋異步風(fēng)電機(jī)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(shí)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(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)寬風(fēng)速范圍內(nèi)的變速恒頻發(fā)電，改善風(fēng)機(jī)效率和傳輸鏈的工作狀況，減少發(fā)電機(jī)損耗，提高運(yùn)行效率，提升風(fēng)能利用率。

-DFIG變流器具有以下一些特點(diǎn)：

?優(yōu)異的控制性能；

?完備的保護(hù)功能；

?良好的電網(wǎng)適應(yīng)能力；

④具備高可靠性，適應(yīng)高低溫、高海拔等惡劣地區(qū)運(yùn)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(shí)現(xiàn)變流器與系統(tǒng)控制器及風(fēng)場遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的集成控制。

⑥模塊化設(shè)計(jì)，組合式結(jié)構(gòu)，安裝維護(hù)便捷；

⑦豐富的備品備件；專業(yè)、快速的技術(shù)服務(wù)。

1.5MW變流器的主要技術(shù)參數(shù)

額定容量：700kVA

對(duì)發(fā)電機(jī)要求：雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)

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(fēng)能理事會(huì).2008年全球風(fēng)電市場統(tǒng)計(jì).

2.施鵬飛.2008中國風(fēng)電場裝機(jī)容量統(tǒng)計(jì).中國可再生能源學(xué)會(huì)風(fēng)能專業(yè)委員會(huì).一、風(fēng)力發(fā)電風(fēng)力發(fā)電行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀

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

根據(jù)全球風(fēng)能理事會(huì)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，截至2008年底，世界風(fēng)電總裝機(jī)容量達(dá)到12079萬千瓦，這意味著每年發(fā)電2600億千瓦時(shí)，減少二氧化碳排放1.58億噸?？傃b機(jī)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(jī)容量總和占世界裝機(jī)容量的72.6%，即8768萬千瓦。美國的累計(jì)裝機(jī)容量達(dá)到2517萬千瓦，占世界裝機(jī)總量的20.8％，超過德國，成為世界第一。

2008年，全球新增裝機(jī)容量2706萬千瓦，新增裝機(jī)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(jī)容量中所占比例為23%。

2.中國風(fēng)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(gè)示范風(fēng)電場風(fēng)電場至今，經(jīng)過近23年的努力，風(fēng)電場風(fēng)電場裝機(jī)規(guī)模不斷擴(kuò)大。根據(jù)中國風(fēng)能協(xié)會(huì)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，截止2008年底，全國累計(jì)安裝風(fēng)電機(jī)組11600多臺(tái)，裝機(jī)規(guī)模約1215.3萬千瓦，裝機(jī)增長率為106%。裝機(jī)分布在24個(gè)省，比2008年增加了重慶、江西和云南三個(gè)省市。累計(jì)裝機(jī)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(jì)裝機(jī)中，中國內(nèi)資與合資企業(yè)產(chǎn)品占61.8%，金風(fēng)科技的份額最大，占累計(jì)總裝機(jī)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(jì)總裝機(jī)的12.8%。

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

1.風(fēng)力發(fā)電機(jī)的組成

風(fēng)力發(fā)電機(jī)主要部件有葉片、齒輪箱、發(fā)電機(jī)、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(fēng)力發(fā)電機(jī)組中各部分零部件占總裝機(jī)成本的比例如表1所示。

表1：風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中各部分零部件占總裝機(jī)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(jī)3.4%輪轂3.0%機(jī)架2.8%主軸2.2%偏航2.0%機(jī)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(dòng)系統(tǒng)0.6%

2.風(fēng)力發(fā)電機(jī)的分類和技術(shù)特點(diǎn)

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

雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的特點(diǎn)是采用了多級(jí)齒輪箱驅(qū)動(dòng)有刷雙饋式異步發(fā)電機(jī)。它的發(fā)電機(jī)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(yùn)行維護(hù)成本高且存在機(jī)械運(yùn)行損耗。

直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在傳動(dòng)鏈中省掉了齒輪箱，將風(fēng)輪與低速同步發(fā)電機(jī)直接連接，然后通過變流器全變流上網(wǎng)，降低了機(jī)械故障的概率和定期維護(hù)的成本，同時(shí)提高了風(fēng)電轉(zhuǎn)換效率和運(yùn)行可靠性，但是電機(jī)體積大、價(jià)格高。根據(jù)勵(lì)磁方式的不同，這種低速同步發(fā)電機(jī)可分為永磁式、電勵(lì)磁和混合勵(lì)磁式三類。

半直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組也要求全功率逆變器?，F(xiàn)多采用一級(jí)增速加雙饋異步發(fā)電機(jī)或永磁同步發(fā)電機(jī)，一般均為中速機(jī)。這種機(jī)組與直驅(qū)式比較減小了發(fā)電機(jī)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(yùn)行維護(hù)成本。

圖1：清能華福1.5MW變流器在風(fēng)電場并網(wǎng)

目前應(yīng)用最廣泛的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組為雙饋異步式風(fēng)力發(fā)電機(jī)和永磁直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)。表2是對(duì)這兩個(gè)機(jī)型的比較。

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

雙饋式風(fēng)電機(jī)組永磁直驅(qū)式風(fēng)電機(jī)組結(jié)構(gòu)有齒輪箱，維護(hù)成本高無齒輪箱,機(jī)組機(jī)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(jī)造價(jià)/尺寸/重量低/小/輕高/大/重電機(jī)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(jī)端電流迅速升高，電機(jī)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(fù)雜些，但控制靈活控制回路少，控制簡單電機(jī)種類勵(lì)磁永磁，設(shè)計(jì)時(shí)要考慮永磁體退磁問題

三、1.5MW雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)變流器

1.變流器的系統(tǒng)構(gòu)成

雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)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(jī)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(hào)處理器、人機(jī)操作界面和PLC共同構(gòu)成。整個(gè)控制系統(tǒng)配備UPS，便于電壓跌落時(shí)系統(tǒng)具有不間斷運(yùn)行能力。

2.以清能華福自主研制的-DFIG型1.5MW雙饋異步風(fēng)電機(jī)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(shí)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(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)寬風(fēng)速范圍內(nèi)的變速恒頻發(fā)電，改善風(fēng)機(jī)效率和傳輸鏈東莞康明斯發(fā)電機(jī)組

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