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    我國風力發電設備制造行業的發展現狀

    【概要描述】

    我國風力發電設備制造行業的發展現狀

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             一、風力發電行業的發展現狀
      1.世界風力發電行業的發展現狀
      根據全球風能理事會的統計數據,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.中國風力發電行業的發展現狀
            自1986年建設山東榮成第一個示范風電場至今,經過近23年的努力,風電場裝機規模不斷擴大。根據中國風能協會的統計數據,截止2008年底,全國累計安裝風電機組11600多臺,裝機規模約1215.3萬千瓦,裝機增長率為106%。裝機分布在24個?。ㄊ?、自治區),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蒙古、遼寧、河北、吉林和黑龍江。

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

            2008年內資(合資)企業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%。

     

     

    數據來源:中國風能協會

     

            二、風力發電機
      1.風力發電機的組成

      風力發電機主要部件有葉片、齒輪箱、發電機、控制系統、變流器、塔架、偏航系統、輪轂、變槳系統和主軸等幾部分組成。風力發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
     
     
    3.9%
     
     
    變壓器
     
     
    3.59%
     
     
    發電機
     
     
    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
     
     
    1.3%
     
     
    軸承
     
     
    1.22%
     
     
    螺栓
     
     
    1.04%
     
     
    電纜
     
     
    0.96%
     
     
    制動系統
     
     
    0.6%

     

      2.風力發電機的分類和技術特點
      根據葉輪驅動發電機的方式,風力發電機組有三個類型:第一種為雙饋式,即葉輪輪轂通過多級齒輪增速箱驅動雙饋異步發電機;第二種為直驅式,由葉輪直接驅動多極同步發電機;第三種為半直驅式,由葉輪通過單級增速裝置驅動多極同步發電機,是直驅式和傳統型風力發電機的混合。

            雙饋式風力發電機組的特點是采用了多級齒輪箱驅動有刷雙饋式異步發電機。它的發電機的轉速高,轉矩小,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。
            直驅式風力發電機組在傳動鏈中省掉了齒輪箱,將風輪與低速同步發電機直接連接,然后通過變流器全變流上網,降低了機械故障的概率和定期維護的成本,同時提高了風電轉換效率和運行可靠性,但是電機體積大、價格高。根據勵磁方式的不同,這種低速同步發電機可分為永磁式、電勵磁和混合勵磁式三類。        半直驅式風力發電機組也要求全功率逆變器?,F多采用一級增速加雙饋異步發電機或永磁同步發電機,一般均為中速機。這種機組與直驅式比較減小了發電機的體積,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


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

     

      表2:雙饋異步式風力發電機和永磁直驅同步風力發電機的比較

     

     
    雙饋式風電機組
    永磁直驅式風電機組
    結構
    有齒輪箱,維護成本高
    無齒輪箱, 機組機械結構簡單
    變流器容量
    全功率的1/3
    全功率逆變
    電機造價/尺寸/重量
    /小/輕
    /大/重
    電機滑環
    一般每一年更換滑環一次
    無滑環
    電網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,設計時要考慮永磁體退磁問題

     

     

      三、1.5MW雙饋異步風力發電機變流器
      1.變流器的系統構成

      雙饋異步風力發電機變流器由主電路系統、配電路系統及控制系統構成。
     ?。?)主回路
            ?  轉子側逆變器(Rotor Inverter)
            ?  直流母線單元(DC Bus)
            ?  電網側整流器(Grid Rectifier) 

     ?。?)配電系統及控制系統
      配電系統由并網接觸器、主斷路器、繼電器、變壓器等組成,自身集成有并網控制系統,用戶無須再配置并網柜,提高了系統集成度,節約了機艙空間,柜中還提供供調試的220V電源。
    控制器由高速數字信號處理器(DSP)、人機操作界面和PLC共同構成。整個控制系統配備UPS,便于電壓跌落時系統具有不間斷運行能力。

      2.以清能華福自主研制的QHVERT-DFIG型1.5MW雙饋異步風電機變流器(以下簡稱1.5MW變流器)為例
     ?。?)1.5MW變流器的系統功能和技術特征

      QHVERT-DFIG變流器采用了擁有自主知識產權的“基于雙DSP的全數字化矢量控制策略”的核心技術,采用該技術可以優化風力發電系統的運行,實現寬風速范圍內的變速恒頻發電,改善風機效率和傳輸鏈的工作狀況,減少發電機損耗,提高運行效率,提升風能利用率。
      QHVERT-DFIG變流器具有以下一些特點:
            ?  優異的控制性能;
            ?  完備的保護功能;
            ?  良好的電網適應能力;
     ?、芫邆涓呖煽啃?,適應高低溫、高海拔等惡劣地區運行;
     ?、萏峁┒喾N通信接口,如Profibus, CANopen等(可根據用戶要求擴展),用戶可通過這些接口方便的實現變流器與系統控制器及風場遠程監控系統的集成控制。
     ?、弈K化設計,組合式結構,安裝維護便捷;
     ?、哓S富的備品備件;專業、快速的技術服務。
      
    (2)1.5MW變流器的主要技術參數
      額定容量:700kVA
      對發電機要求:雙饋異步風力發電機
      輸出電流正弦波失真率:<3%
      功率因數:容性0.9~感性0.9 可調
      變流器效率:≥97.5%


      參考文獻
      1.全球風能理事會. 2008年全球風電市場統計.
      2.施鵬飛.2008中國風電場裝機容量統計.中國可再生能源學會風能專業委員會(中國風能協會).

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