世界風電產(chǎn)業(yè)技術現(xiàn)實和前沿技術的發(fā)展特點

世界風電產(chǎn)業(yè)技術現(xiàn)實和前沿技術的發(fā)展特點縱觀世界風電產(chǎn)業(yè)技術現(xiàn)實和前沿技術的發(fā)展，目前全球風電制造技術發(fā)展主要呈現(xiàn)如下特點：1、 產(chǎn)業(yè)集中是總的趁勢2009年，世界排名前十位的風電機組制造企業(yè)占據(jù)了全球78.7%的市場份額，世界排名前十五位的風電機組制造企業(yè)占據(jù)了全球88.1%的市場份額，丹麥VESTAS、美國GEWIND、中國華銳、德國ENERCON、中國金風這前5家企業(yè)，就占據(jù)了國內(nèi)外49.8%市場份領?？梢钥闯觯菏澜顼L電機組制造企業(yè)形成了由十多家大型風電機組制造企業(yè)控制或壟斷的局面。近幾年，風電設備制造企業(yè)之間的兼并、重組、收購愈演愈烈。法國阿?，m集團收購-Multibrid；丹麥的Vestas公司兼并NEG.Micon公司；美國GE公司收購了德國安然風電公司；Siemes公司收購了丹麥AN/Bonus和德國winergyAG公司；印度Suzlon公司控股了Repower公司；金風科技收購了德國Vensys公司；湘電股份1000萬歐元收購荷蘭達爾文公司；中復連眾收購了德國NOI公司；中航惠騰2009年收購了荷蘭CTC葉片公司；美國GE公司與哈電集團合資成立了通用哈電風能（沈陽）公司和哈電通用風能（江蘇）公司。此外，各大公司在主要市場集中地都建立了生產(chǎn)基地，一個大公司相當于多個公司的集成。2、 水平軸風電機組技術成為主流水平軸風電機組技術，因其具有風能轉(zhuǎn)換效率高、轉(zhuǎn)軸較短，在大型風電機組上更顯出經(jīng)濟性等優(yōu)點，使水平軸風電機組成為世界風電發(fā)展的主流機型，并占到95%以上的市場份額。同期發(fā)展的垂直軸風電機組因轉(zhuǎn)軸過長、風能轉(zhuǎn)換效率不高，啟動、停機和變槳困難等問題，目前市場份額很小、應用數(shù)量有限，但由于其全風向?qū)︼L、變速裝置及發(fā)電機可以置于風輪下方或地面等優(yōu)點，近年來，國際上相關研究和開發(fā)也在不斷進行并取得一定進展。3、 風電機組單機容量持續(xù)增大近年來，世界風電市場中風電機組的單機容量持續(xù)增大，隨著單機容量不斷增大和利用效率提高，世界上主流機型已經(jīng)從2000年的500A-1000kW增加到2009年的2-31VM。我國主流機型已經(jīng)從2005年的600-1000kW增加到2009年的850-2000kW,2009年我國陸地風電場安裝的最大風電機組為2MW。近年來，海上風電場的開發(fā)進一步加快了大容量風電機組的發(fā)展，2008年底世界上已運行的最大風電機組單機容量已達到6MW，風輪直徑達到127m。目前，已經(jīng)開始8-10MW風電機組的設計和制造。我國華銳風電的3MW海上風電機組已經(jīng)在上海東海大橋海上風電場成功投入運行，5MW海上風電機組已在2010年10月底下線。目前，華銳、金風、東汽、國電聯(lián)合、湖南湘電、重慶海裝等公司都在研制5MW或6MW的大容量風電機組。4?變槳變速功率調(diào)節(jié)技術得到廣泛采用由于變槳距功率調(diào)節(jié)方式具有載荷控制平穩(wěn)、安全和高效等優(yōu)點，近年在大型風電機組上得到了廣泛采用。結(jié)合變槳距技術的應用以及電力電子技術的發(fā)展，大多風電機組開發(fā)制

造廠商開始使用變速恒頻技術，并開發(fā)出了變槳變速風電機組，使得在風能轉(zhuǎn)換上有了進一步完善和提高。2009年，在全球所安裝的風電機組中有95%的風電機組采用了變槳變速方式，而且比例還在逐漸上升。我國2009年安裝的MW級風電機組中，也全部是變槳距機組。2MW以上的風電機組大多采用三個獨立的電控調(diào)槳機構(gòu)，通過三組變速電機和減速箱對槳葉分別進行閉環(huán)控制。5、 雙饋異步發(fā)電技術仍占主導地位以丹麥Vestas公司的V80.V90為代表的雙饋異步發(fā)電型變速風電機組，在國際風電市場中所占的份額最大。德國Repower公司利用該技術開發(fā)的機組單機容量已經(jīng)達到5MW。西門子公司、德國Nordex公司、西班牙Gamesa公司、美國GE風能公司和印度Suzlon公司都在生產(chǎn)雙饋異步發(fā)電型變速風電機組，2009年新增風電機組中，雙饋異步發(fā)電型變速風電機組仍然占80%以上。目前，歐洲正在開發(fā)10MW的雙饋異步發(fā)電型變速恒頻風電機組。我國內(nèi)資企業(yè)華銳風電、東方氣輪機、國電聯(lián)合動力、廣東明陽等企業(yè)也在生產(chǎn)雙饋異步發(fā)電型變速風電機組。2009年我國新增風電機組中，雙饋異步發(fā)電型變速風電機組仍然占82%以上。目前，我國華銳風電研發(fā)的3MW的雙饋異步發(fā)電型變速恒頻風電機組已經(jīng)投入運行。6、 直驅(qū)式、全功率變流技術得到迅速發(fā)展無齒輪箱的直驅(qū)方式能有效地減少由于齒輪箱問題而造成的機組故障，可有效提高系統(tǒng)的運行可靠性和壽命，減少維護成本，因而得到了市場的青睞。采用無齒輪箱系統(tǒng)的德國Enercon公司在2009年仍然是德國、葡萄牙風電產(chǎn)業(yè)的第一大供應商和印度風電產(chǎn)業(yè)的第二大供應商，在新增風電裝機容量中，Enercon公司已占本國市場份額的55%以上。西門子公司已經(jīng)在丹麥的西部安裝了兩臺3.GMW的直驅(qū)式風電機組，這兩臺風力機正處于試運行階段。其他主要制造企業(yè)也在積極開發(fā)研制直驅(qū)風電機組。我國新疆金風科技有限公司與德國Vensys公司合作研制的1.5MW直驅(qū)式風電機組，已有上千臺安裝在風電場。金風科技在2009年是我國風電市場的第二大供應商。同時，我國湘電公司的2MW直驅(qū)風電機組也已批量進入市場。其他如：廣西銀河艾邁迪、航天萬源、濰坊瑞其能、包頭匯全稀土、江西麥德公司、山東魯能等制造企業(yè)也開發(fā)研制了直驅(qū)風電機組。2009年新增大型風電機組中，直驅(qū)式風電機組已超過17%。伴隨著直驅(qū)式風電系統(tǒng)的出現(xiàn)，全功率變流技術得到了發(fā)展和應用。應用全功率變流的并網(wǎng)技術，使風輪和發(fā)電機的調(diào)速范圍擴展到。至150%的額定轉(zhuǎn)速，提高了風能的利用范圍。由于全功率變流技術對低電壓穿越技術有很好且簡單的解決方案，對下一步發(fā)展占據(jù)了優(yōu)勢。與此同時，半直驅(qū)式風電機組也開始出現(xiàn)在世界風電市場上。在軸承支撐方式上，單個迥轉(zhuǎn)支承軸承代替主軸和兩軸承成為某些2兆瓦以上機組的選擇，如：富蘭德的2.5兆瓦風機，這說明無主軸系統(tǒng)正在成為歐洲風電機組發(fā)展的一個新動向。7、 大型風電機組關健部件的性能日益提高隨著風電機組的單機容量不斷增大，各部件的性能指標都有了提高，國外己研發(fā)出3000V-12000V的風力發(fā)電專用高壓發(fā)電機，使發(fā)電機效率進一步提高；高壓三電平變流器的應用大大減少了功率器件的損耗，使逆變效率達到98%以上；某些公司還對槳葉及變槳

距系統(tǒng)進行了優(yōu)化，如德國ENERCON公司在改進槳葉后使葉片的Cp值達到了0.5以上。從2007年胡蘇姆風能展的情況看，歐洲風電設備的產(chǎn)業(yè)鏈已經(jīng)形成，為今后的快速發(fā)展奠定了基礎。我國在大型風電機組關鍵部件方面也取得明顯進步，如南京高速齒輪箱廠、重慶齒輪箱廠、大重減速機廠、杭州前進齒輪箱廠和德陽二重等主要齒輪箱制造企業(yè)生產(chǎn)的大型風電機組齒輪箱，供貨能力充足，質(zhì)量已有明顯提高；保定惠騰、連云港中復連眾和中材科技已能生產(chǎn)長達48.8m,與3兆瓦風電機組配套的大尺寸葉片，蘭州電機廠生產(chǎn)的發(fā)電機等產(chǎn)品質(zhì)量都有很大提高。從2009年上海第四屆風能展的情況看，我國風電設備的產(chǎn)業(yè)鏈已經(jīng)形成，為今后的快速發(fā)展奠定了穩(wěn)固的基礎。我國在某些基礎結(jié)構(gòu)件、鑄鍛件等領域已經(jīng)具有優(yōu)勢，不僅能滿足國內(nèi)市場需求，而且已經(jīng)向國際市場供貨。北京科諾偉業(yè)能源科技有限公司、合肥陽光電源有限公司、北京清能華福風電技術有限公司、天津瑞能電氣、龍源電氣、九州電氣和禾旺電氣等10多家企業(yè)已具備兆瓦級風電機組變流器研發(fā)、生產(chǎn)和供貨能力。8、 智能化控制技術的應用加速提高了風電機組的可靠性和壽命鑒于風電機組的極限載荷和疲勞載荷是影響風電機組及部件可靠性和壽命的主要因素之一,近年來，風電機組制造廠家與有關研究部門積極研究風電機組的最優(yōu)運行和控制規(guī)律，通過采用智能化控制技術，與整機設計技術結(jié)合，努力減少和避免風電機組運行在極限載荷和疲勞載荷，并逐步成為風電控制技術的主要發(fā)展方向。9、 葉片技術發(fā)展趨勢隨著風電機組尺寸的增大，葉片的長度也變得更長，為了使葉片的尖部不與塔架相碰，設計的主要思路是增加葉片的剛度。為了減少重力和保持頻率，則需要降低葉片的重量。好的疲勞特性和好的減振結(jié)構(gòu)有助于保證葉片長期的工作壽命。額外的葉片狀況檢測設備將被開發(fā)出來并安裝在風電機組上，以便在葉片結(jié)構(gòu)中的裂紋發(fā)展成致命損壞之前或風電機組整機損壞之前警示操作者。對于陸上風電機組來說，不久這種檢測設備就會成為必備品。為了增加葉片的個剛度并防止它由于彎曲而碰到塔架，在長度大于50米的葉片上將廣泛使用強化碳纖維材料。為了方便兆瓦級葉片的道路運輸，某些公司已經(jīng)把葉片制作成兩段。例如德國Enercon公司的E1266MW風電機組的葉片由內(nèi)、外兩段葉片組成，靠近葉根的內(nèi)段由鋼制造，外包玻璃鋼殼體形成氣動形狀表面。智力材料例如壓電材料將被使用以使葉片的氣動外形能夠快速變化。為了減少葉片和整機上的疲勞負荷，可控制的尾緣小葉可能被逐步引入葉片市場。熱塑材料的應用：LMGlasfibre公司正開展一項耗資8百萬歐元的研究項目，目的是用玻璃鋼、碳纖維和熱塑材料的混合紗絲去制造葉片。一旦這種紗絲鋪進模具，加熱模具到一定溫度后，塑料就會融化，并將紗絲轉(zhuǎn)化為合成材料，這可能會使葉片生產(chǎn)時間縮短50%。10、 風電場建設和運營的技術水平日益提高隨著投資者對風電場建設前期的評估工作和建成后運行質(zhì)量的越來越高的要求,國外已經(jīng)針對風資源的測試與評估開發(fā)出了許多先進測試設備和評估軟件。在風電場選址，特別是

選址方面已經(jīng)開發(fā)了商業(yè)化的應用軟件。在風電機組布局及電力輸配電系統(tǒng)的設計上也開發(fā)出了成熟軟件。國外還對風電機組和風電場的短期及長期發(fā)電量預測做了很多研究，取得了重大進步，預測精確度可達90%以上。惡劣氣侯環(huán)境下的風電機組可靠性得到重視。由于中國的北方具有沙塵暴、低溫、冰雪、雷暴，東南沿海具有臺風、鹽霧，西南地區(qū)具有高海拔等惡劣氣候特點，惡劣氣候環(huán)境已對風電機組造成很大的影響，包括增加維護工作量，減少發(fā)電量，嚴重時還導致風電機組損壞。因此，在風電機組設計和運行時，必須具有一定的防范措施，以提高風電機組抗惡劣氣候環(huán)境的能力，減少損失。因此，今年來中國的風電機組研發(fā)單位在防風沙、抗低溫、防雷擊、抗臺風、防鹽霧等方面著手進行了研究，以確保風電機組在惡劣氣候條件下能可靠運行，提高發(fā)電量。低電壓穿越技術得到應用隨著風電機組單機容量的不斷增大和風電場規(guī)模的不斷擴大，風電機組與電網(wǎng)間的相互影響已日趨嚴重。一旦電網(wǎng)發(fā)生故障迫使大面積風電機組因自身保護而脫網(wǎng)的話，將嚴重影響電力系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性。因此，隨著接入電網(wǎng)的風力發(fā)電機容量的不斷增加，電網(wǎng)對其要求越來越高，通常情況下要求發(fā)電機組在電網(wǎng)故障出現(xiàn)電壓跌落的情況下不脫網(wǎng)運行(faultride-through)，并在故障切除后能盡快幫助電力系統(tǒng)恢復穩(wěn)定運行，也就是說，要求風電機組具有一定低電壓穿越(lowvoltageride-through)能力。隨著風力發(fā)電裝機容量的不斷增大，很多國家的電力系統(tǒng)運行導則對風電機組的低電壓穿越(LVRT)能力做出了規(guī)定。我國的風電機組在電網(wǎng)電壓跌落情況下，也必須采取相應的應對措施，確保風電系統(tǒng)的安全運行并實現(xiàn)LVRT功能。目前，我國已有多家企業(yè)的風電機組產(chǎn)品通過了低電壓穿越性能試驗。13、 海上風電技術成為重要發(fā)展方向隨著風力發(fā)電的迅速發(fā)展，歐洲陸上風電場的一些問題如占用土地、影響自然景觀、噪音、對周圍居民生活帶來不便等逐漸顯露出來，近年來，歐洲風電場建設從陸上向近海逐步發(fā)展，但是步伐較慢。由于近海風電機組對噪音的要求較低，采用較高的葉尖速度可降低機艙的重量和成本。國外除對近海風電機組根據(jù)近海特點進行特別設計和制造外，對近海風電場的建設也做了很多工作，包括對近海風電場的風資源測試評估、風電場選址、基礎設計及施工、風電機組安裝等方面的深入研究，開發(fā)了專門的近海風資源測試設備、安裝近海風電機組的近海安裝平臺和專門用于風電運輸?shù)慕０惭b運輸船，并建設了一些近海示范型風電場，推動了近海風電技術發(fā)展。到2009年底，全世界共建成33個近海風電場，總裝機容量達到2110MW，占全世界風電市場的1.3%.2009年英國、丹麥、德國、中國和瑞典一共新建了九個近海風電場，新增裝機容量689MW。預計2010年以后德國將大規(guī)模開發(fā)海上風電場，美國也將加入海上風電場開發(fā)的行列。但是目前建設近海風電場的造價是陸地風電場的1.7-2.5倍，發(fā)電量是陸上風電場的1.4倍，其經(jīng)濟性仍不如陸地風電場。目前，近海風電機組主要有Vestas公司的2MW.3MW,Siemens公司的2.3MW.3.GMW,GE公司的3.GMW、德國Repower公司的5MW和德國Multibread公司的5MW半直驅(qū)風電機組。中國華銳風電的3MW機組也已經(jīng)裝備國內(nèi)近海風電場，德國Enercon公司已經(jīng)開發(fā)了6MW的近海風電機組(直徑127m)。顯然，可靠性高、維修性好、單機容量大是今后近海風電機組

的發(fā)展方向。在我國，隨著海上風電場規(guī)劃規(guī)模的不斷擴大，各主要風電機組整機制造廠都積極投入大功率海上風電機組的研制工作。華銳率先推出3MW海上風電機組，并在上海東海大橋海上風電場批量投入并網(wǎng)運行。華銳公司在江蘇鹽城建設海上風電機組研發(fā)基地試制的5MW海上風電機組將于2010年10月底下線。金風公司在江蘇大豐縣建設海上風電機組研發(fā)基地，正在研制GMW直驅(qū)式海上風電機組。湖南湘電收購了荷蘭達爾文公司，合作研發(fā)的5MW海上直驅(qū)永磁風電機組已于2010年10月21日成功下線。重慶海裝在國家科技部支持下，成立了“海上風力發(fā)電工程技術研發(fā)中心”，形成了全套產(chǎn)業(yè)鏈的整合，正致力于5MW海上風電機組的研發(fā)。國電聯(lián)合動力、明陽風電、上海電氣、東方汽輪機、南車株洲電力、浙江華儀等都在全力研制大型海上風電機組。到2015年底，全球預計建設總?cè)萘窟_18.49GW（一般估算）至24.25GGW（樂觀估算）的海上風電場。未來風能技術更新發(fā)展的驅(qū)動力主要來自蓬勃崛起的近海風電場建設，這一發(fā)展趨勢已經(jīng)不可逆轉(zhuǎn)。14、中國首輪海上風電特許權項目啟動今年5月，國家能源局啟動了首輪海上風電特許權項目，旨在為今后大規(guī)模開展海上風電建設積累技術和管理經(jīng)驗。這次招標的一個特點，是項目投資企業(yè)和設備制造企業(yè)、施工建設企業(yè)須進行捆綁投標。中國首輪海上風電特許權項目共有4個，均位于江蘇。其中2個近海風電項目位于濱海、射陽兩地，裝機容量各為30萬千瓦；另外2個潮間帶發(fā)電項目位于東臺和大豐，裝機容量各為20萬千瓦。這四個項目分別有17,19,19,15家企業(yè)或聯(lián)合體投標。9月10日，經(jīng)過激烈角逐，大唐新能源股份有限公司獲得濱海項目，中國電力投資有限公司聯(lián)合體贏得射陽項目，山東魯能集團有限公司拿下東臺項目，龍源電力集團股份有限公司斬獲大豐項目。為上述四個項目提供風機的制造企業(yè)也已選定。其中，華銳風電將為濱海和射陽項目提供風電機組，金風科技和上海電氣將分別負責制造大豐和東臺項目的風電機組。表17：首輪海上鳳電特許權項目中掾結(jié)果海上鳳電特許濱海近海射陽近海東臺潮間帶大豐潮間帶權項目