并網型風電機技術發展趨勢

    近年來世界風力發電發展十分迅速，每年其容量以30%的速度遞增。1998年世界風力發電裝機容量為9839MW，比1997年增加了29.6%。1999年4月世界風力發電裝機容量已突破了10000MW。目前世 界市場上風電機主要的調節技術有：定槳距調節風電機技術，變槳距調節風電機技術，主動定槳距調節技術，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，除了在歐美等發達地區外，其余地區基本沒有。同時，在西歐等發達地區，人口較稠密，安裝風電機的地點受到較大限制，人們將大力發展海上風電場。目前，我國僅掌握定槳距失速調節型風電機技術，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仍處于較低水平。 

    近年來世界風電機發展十分迅速，每年其容量以30%的速度遞增。據最新統計資料，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 

    目前世界市場上風電機主要的調節技術 

    1.1 家槳距調節風電機技術（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。其優點是：調節簡單可靠，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 變槳距調節風電機技術（Pitchregulation） 

    主要代表為Vestas。 

    變槳距調節的主要優點為：槳葉受力較小，槳葉可以做得比較輕巧，風電機的結構部件都可以做得比較輕巧；其缺點為：結構復雜。 

    1.3 主動定槳距調節技術（Activestallregulation） 

    這種調節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。這種調節方法的主要好處是：具有定槳距調節方法的特性，輸出功率變化較小、輪平穩。 

    1.4 變速恒頻（Viarablespeed） 

    這種調節方式從理論上說是最優化的調節方式。目前使用這種技術的制造商主要是德國的Enercon、荷蘭的Largeway。 

    這種調節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，其調節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，除了在歐美等發達地區（也僅有有限的幾臺）外，其余地區基本沒有。同時，在西歐等發達地區，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展，歐盟于1999年6月在阿姆斯特丹發布2000-2010年能源白皮書，其中將開發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；多極發電機與風輪直聯；翼型塔架（對風系塔架）；調向系統在塔架底部；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、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，這樣就可以做到發電成本等于或低于陸上風電場。 

    3我國當前風電機技術發展現狀及差距 

    我國當前風電機技術開發現狀為：具有自主知識產權的200kW／250kW風電機在國家科技部的支持下已開發成功。 

    該機組的開發成功，標志著定槳距失速調節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（也是定槳距失速調節型），正在進行部件國產化工作。第一批2臺，國產化率達到40%（包括塔架、機艙），正在進行發電機、齒輪箱、控制器的國產化工作。 

    兩家合資公司（西航發-Nordex和洛拖-MADE）正在引進300kW／600kW風電機技術，都是定槳距失速調節的風電機。 

    我國在80年代中期曾開發過變距調節的20kW、30kW、40kW和50kW風電機。由于當時我國機械基礎水平和調節控制水平較低，開發出來的機組可靠性差，尤其是變距系統故障率高，機組常發生故障，到80年末基本上都停運，沒有形成產業化。 

    4結束語 

    我國風電機技術開發仍處于較低的水平。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，即主動失速調節、變槳距調節和變速恒頻調節均沒有涉及，更不用說容量達到3-5MW的海上風電機了。從當前世界發展趨勢來看，容量小于750kW的風電機尚可使用定槳距失速調節技術，容量大于750kW的風電機大多采用主動失速調節、變槳距調節和變速恒頻調節技術。因此，我國在“十五”期間應開展這些技術的攻關。