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并网型风电机技术知识

钜大LARGE  |  点击量:160次  |  2019年08月06日  

摘要
近年来世界风力发电发展十分迅速,每年其容量以30%的速度递增。1998年世界风力发电装机容量为9839MW,比1997年增加了29.6%。1999年4月世界风力... 关键字:风电 风电机 风电机技术。

近年来世界风力发电发展十分迅速,每年其容量以30%的速度递增。1998年世界风力发电装机容量为9839MW,比1997年增加了29.6%。1999年4月世界风力发电装机容量已突破了10000MW。目前世界市场上风电机主要的调节技术有:定桨距调节风电机技术,变桨距调节风电机技术,主动定桨距调节技术,变速恒频四种。由于陆上风电机受运输、安装等条件限制,单机容量2MW是风电机发展的极限,这主要是因为风电机容量达到2MW后,桨叶长度将达60-70m,陆上运输极为困难,安装用的吊车容量将超过1200-1400t。这种容量的吊车,除了在欧美等发达地区外,其余地区基本没有。同时,在西欧等发达地区,人口较稠密,安装风电机的地点受到较大限制,人们将大力发展海上风电场。目前,我国仅掌握定桨距失速调节型风电机技术,这类风电机的容量可以扩大到750kW,另外三种技术均没有涉及。我国风电机技术开发仍处于较低水平。


近年来世界风电机发展十分迅速,每年其容量以30%的速度递增。据最新统计资料,1998年全世界风电机装机容量为9839MW,比1997年的7588MW增加29.6%。1999年4月全世界风电机装机容量已突破10000MW


  1目前世界市场上风电机主要的调节技术


1.1 家桨距调节风电机技术(Stallregulation)


这种技术就是所谓的典型丹麦风电技术的核心,其基本原理是利用桨叶翼型本身的失速特性。其优点是:调节简单可靠,控制也可大大简化;其缺点为:桨叶、轮毂、塔架等主要受力部件的受力增大。


现在国际上600kW以F的机组,大部分仍在使用该项技术,如MFG-MICON、BONUS、NORDEX等著名厂商都采用该项技术。


1.2 变桨距调节风电机技术(Pitchregulation)主要代表为Vestas。


变桨距调节的主要优点为:桨叶受力较小,桨叶可以做得比较轻巧,风电机的结构部件都可以做得比较轻巧;其缺点为:结构复杂。


1.3 主动定桨距调节技术(Activestallregulation)


这种调节方法是前述二种方法的组合。目前,国际上几大风电机制造商,如MFGMICON、BONUS等,在大于600kW风电机上均采用此种技术。这种调节方法的主要好处是:具有定桨距调节方法的特性,输出功率变化较小、轮平稳。


1.4 变速恒频(Viarablespeed)


这种调节方式从理论上说是最优化的调节方式。目前使用这种技术的制造商主要是德国的Enercon、荷兰的Largeway。


这种调节方法可以在输出功率低于额定功率之前使效率达到最高。但当输出功率大于额定功率,即风速大于额定风速后,其调节方式与变桨距方式相同。恒频装置价格昂贵,是这种技术只在德国大量使用,而其它国家很少采用的原因。


2 当前世界风电机技术发展的主要趋势


由于陆上风电机受运输、安装等条件的限制,单机容量2MW是风电机发展的极限,这主要是因为风电机容量达到2MW后,桨叶长度将达到60-70m,陆上运输极为困难,安装用的吊车容量将超过1200-1400t。这种容量的吊车,除了在欧美等发达地区(也仅有有限的几台)外,其余地区基本没有。同时,在西欧等发达地区,人口较稠密,安装风电机的地点受到较大的限制,人们很自然地把眼光放在海上风电场。为了适应海上风电场的发展,欧盟于1999年6月在阿姆斯特丹发布2000-2010年能源白皮书,其中将开发3-5MW容量等级的风电机作为工作重点之一。


欧洲许多大学、研究所、制造厂商纷纷推出各种新型海上风电机概念,其中最受广泛注意的是综合以下技术的风电机:3桨叶,下风向;无变速箱;多极发电机与风轮直联;翼型塔架(对风系塔架);调向系统在塔架底部;变速恒频等。


3-5MW海上风电机的主要特点为:运输问题可以通过海上直接运输(制造厂设在海边),安装时可以通过大容量海上浮吊来解决。海上浮吊的容量大,超过1500t的浮吊比较普遍。


通常,陆上风电场的成本构成为:风电机约占70%,基础设施(基础电网、道路等)约占30%。而海上风电场的成本构成为风电机约占30%,基础设施(基础、海底电缆等)约占70%。但海上风电场由于风力资源好,每年发电量可比陆上风电场高出50%。同时,大容量的海上风电机由于采用上述新技术,其成本下降,运行可靠性增加,运行成本降低,这样就可以做到发电成本等于或低于陆上风电场。


3我国当前风电机技术发展现状及差距


我国当前风电机技术开发现状为:具有自主知识产权的200kW/250kW风电机在国家科技部的支持下已开发成功。


该机组的开发成功,标志着定桨距失速调节型风电机在技术上获得成功。这种类型风电机的容量可以扩大到750kW。


除此之外,新疆风能总公司引进德国Jacobs600kW技术(也是定桨距失速调节型),正在进行部件国产化工作。第一批2台,国产化率达到40%(包括塔架、机舱),正在进行发电机、齿轮箱、控制器的国产化工作。


两家合资公司(西航发-Nordex和洛拖-MADE)正在引进300kW/600kW风电机技术,都是定桨距失速调节的风电机。


我国在80年代中期曾开发过变距调节的20kW、30kW、40kW和50kW风电机。由于当时我国机械基础水平和调节控制水平较低,开发出来的机组可靠性差,尤其是变距系统故障率高,机组常发生故障,到80年末基本上都停运,没有形成产业化。


4结束语


我国风电机技术开发仍处于较低的水平。目前世界上流行的几种风电机技术,我国只掌握了一种。另外三种技术,即主动失速调节、变桨距调节和变速恒频调节均没有涉及,更不用说容量达到3-5MW的海上风电机了。从当前世界发展趋势来看,容量小于750kW的风电机尚可使用定桨距失速调节技术,容量大于750kW的风电机大多采用主动失速调节、变桨距调节和变速恒频调节技术。因此,我国在十五期间应开展这些技术的攻关。


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