并網(wǎng)型風電機技術知識

近年來世界風力發(fā)電發(fā)展十分迅速，每年其容量以30%的速度遞增。1998年世界風力發(fā)電裝機容量為9839MW，比1997年增加了29.6%。1999年4月世界風力發(fā)電裝機容量已突破了10000MW。目前世界市場上風電機主要的調(diào)節(jié)技術有：定槳距調(diào)節(jié)風電機技術，變槳距調(diào)節(jié)風電機技術，主動定槳距調(diào)節(jié)技術，變速恒頻四種。由于陸上風電機受運輸、安裝等條件限制，單機容量2MW是風電機發(fā)展的極限，這主要是因為風電機容量達到2MW后，槳葉長度將達60-70m，陸上運輸極為困難，安裝用的吊車容量將超過1200-1400t。這種容量的吊車，除了在歐美等發(fā)達地區(qū)外，其余地區(qū)基本沒有。同時，在西歐等發(fā)達地區(qū)，人口較稠密，安裝風電機的地點受到較大限制，人們將大力發(fā)展海上風電場。目前，我國僅掌握定槳距失速調(diào)節(jié)型風電機技術，這類風電機的容量可以擴大到750kW，另外三種技術均沒有涉及。我國風電機技術開發(fā)仍處于較低水平。   　　近年來世界風電機發(fā)展十分迅速，每年其容量以30%的速度遞增。據(jù)最新統(tǒng)計資料，1998年全世界風電機裝機容量為9839MW，比1997年的7588MW增加29.6%。1999年4月全世界風電機裝機容量已突破10000MW   　　1目前世界市場上風電機主要的調(diào)節(jié)技術   　　1.1 家槳距調(diào)節(jié)風電機技術(Stallregulation)   　　這種技術就是所謂的典型丹麥風電技術的核心，其基本原理是利用槳葉翼型本身的失速特性。其優(yōu)點是：調(diào)節(jié)簡單可靠，控制也可大大簡化；其缺點為：槳葉、輪轂、塔架等主要受力部件的受力增大。   　　現(xiàn)在國際上600kW以F的機組，大部分仍在使用該項技術，如MFG-MICON、BONUS、NORDEX等著名廠商都采用該項技術。   　　1.2 變槳距調(diào)節(jié)風電機技術(Pitchregulation)主要代表為Vestas。   　　變槳距調(diào)節(jié)的主要優(yōu)點為：槳葉受力較小，槳葉可以做得比較輕巧，風電機的結(jié)構部件都可以做得比較輕巧；其缺點為：結(jié)構復雜。   　　1.3 主動定槳距調(diào)節(jié)技術(Activestallregulation)  　　這種調(diào)節(jié)方法是前述二種方法的組合。目前，國際上幾大風電機制造商，如MFGMICON、BONUS等，在大于600kW風電機上均采用此種技術。這種調(diào)節(jié)方法的主要好處是：具有定槳距調(diào)節(jié)方法的特性，輸出功率變化較小、輪平穩(wěn)。   　　1.4 變速恒頻(Viarablespeed) 　　這種調(diào)節(jié)方式從理論上說是最優(yōu)化的調(diào)節(jié)方式。目前使用這種技術的制造商主要是德國的Enercon、荷蘭的Largeway。   　　這種調(diào)節(jié)方法可以在輸出功率低于額定功率之前使效率達到最高。但當輸出功率大于額定功率，即風速大于額定風速后，其調(diào)節(jié)方式與變槳距方式相同。恒頻裝置價格昂貴，是這種技術只在德國大量使用，而其它國家很少采用的原因。   　　2 當前世界風電機技術發(fā)展的主要趨勢   　　由于陸上風電機受運輸、安裝等條件的限制，單機容量2MW是風電機發(fā)展的極限，這主要是因為風電機容量達到2MW后，槳葉長度將達到60-70m，陸上運輸極為困難，安裝用的吊車容量將超過1200-1400t。這種容量的吊車，除了在歐美等發(fā)達地區(qū)(也僅有有限的幾臺)外，其余地區(qū)基本沒有。同時，在西歐等發(fā)達地區(qū)，人口較稠密，安裝風電機的地點受到較大的限制，人們很自然地把眼光放在海上風電場。為了適應海上風電場的發(fā)展，歐盟于1999年6月在阿姆斯特丹發(fā)布2000-2010年能源白皮書，其中將開發(fā)3-5MW容量等級的風電機作為工作重點之一。   　　歐洲許多大學、研究所、制造廠商紛紛推出各種新型海上風電機概念，其中最受廣泛注意的是綜合以下技術的風電機：3槳葉，下風向；無變速箱；多極發(fā)電機與風輪直聯(lián)；翼型塔架(對風系塔架)；調(diào)向系統(tǒng)在塔架底部；變速恒頻等。   　　3-5MW海上風電機的主要特點為：運輸問題可以通過海上直接運輸(制造廠設在海邊)，安裝時可以通過大容量海上浮吊來解決。海上浮吊的容量大，超過1500t的浮吊比較普遍。   　　通常，陸上風電場的成本構成為：風電機約占70%，基礎設施(基礎電網(wǎng)、道路等)約占30%。而海上風電場的成本構成為風電機約占30%，基礎設施(基礎、海底電纜等)約占70%。但海上風電場由于風力資源好，每年發(fā)電量可比陸上風電場高出50%。同時，大容量的海上風電機由于采用上述新技術，其成本下降，運行可靠性增加，運行成本降低，這樣就可以做到發(fā)電成本等于或低于陸上風電場。   　　3我國當前風電機技術發(fā)展現(xiàn)狀及差距   　　我國當前風電機技術開發(fā)現(xiàn)狀為：具有自主知識產(chǎn)權的200kW／250kW風電機在國家科技部的支持下已開發(fā)成功。   　　該機組的開發(fā)成功，標志著定槳距失速調(diào)節(jié)型風電機在技術上獲得成功。這種類型風電機的容量可以擴大到750kW。   　　除此之外，新疆風能總公司引進德國Jacobs600kW技術(也是定槳距失速調(diào)節(jié)型)，正在進行部件國產(chǎn)化工作。第一批2臺，國產(chǎn)化率達到40%(包括塔架、機艙)，正在進行發(fā)電機、齒輪箱、控制器的國產(chǎn)化工作。   　　兩家合資公司(西航發(fā)-Nordex和洛拖-MADE)正在引進300kW／600kW風電機技術，都是定槳距失速調(diào)節(jié)的風電機。   　　我國在80年代中期曾開發(fā)過變距調(diào)節(jié)的20kW、30kW、40kW和50kW風電機。由于當時我國機械基礎水平和調(diào)節(jié)控制水平較低，開發(fā)出來的機組可靠性差，尤其是變距系統(tǒng)故障率高，機組常發(fā)生故障，到80年末基本上都停運，沒有形成產(chǎn)業(yè)化。   　　4結(jié)束語   　　我國風電機技術開發(fā)仍處于較低的水平。目前世界上流行的幾種風電機技術，我國只掌握了一種。另外三種技術，即主動失速調(diào)節(jié)、變槳距調(diào)節(jié)和變速恒頻調(diào)節(jié)均沒有涉及，更不用說容量達到3-5MW的海上風電機了。從當前世界發(fā)展趨勢來看，容量小于750kW的風電機尚可使用定槳距失速調(diào)節(jié)技術，容量大于750kW的風電機大多采用主動失速調(diào)節(jié)、變槳距調(diào)節(jié)和變速恒頻調(diào)節(jié)技術。因此，我國在“十五”期間應開展這些技術的攻關。