2008年中國風(fēng)電設(shè)備產(chǎn)業(yè)的發(fā)展分析

一、中國風(fēng)力發(fā)電設(shè)備存在的種類

1、定槳距失速調(diào)節(jié)型風(fēng)力發(fā)電機

定槳距是指葉片被固定安裝在輪轂上，其槳距角（葉片上某一點的弦線與轉(zhuǎn)子平面間的夾角）固定不變，失速型是指槳葉翼型本身所具有的失速特性（當風(fēng)速高于額定值時，氣流的攻角增大到失速條件、使槳葉的表面產(chǎn)生渦流，效率降低，以達到限制轉(zhuǎn)速和輸出功率的目的）。這種技術(shù)是丹麥風(fēng)電制造技術(shù)的核心。目前國內(nèi)新疆風(fēng)能公司，洛陽拖拉機廠，西安維德風(fēng)力發(fā)電公司生產(chǎn)的600KW風(fēng)電機，全都采用了這種技術(shù)。這種風(fēng)電機的優(yōu)點是調(diào)節(jié)簡單可靠，控制系統(tǒng)可以大大簡化，其缺點是葉片重量大（與變槳距風(fēng)機葉片比較），輪轂、塔架等部件受力增大。這種風(fēng)電機基本上都采用了鼠籠型轉(zhuǎn)子，有一部分機組為了提高低風(fēng)速時段的發(fā)電效率，采用了變極技術(shù)。

2、變槳距調(diào)節(jié)型風(fēng)力發(fā)電機

變槳距是指安裝在輪轂上的葉片。可以借助控制技術(shù)改變其槳距角的大小。其調(diào)節(jié)方法分為三個階段：

第一階段為開機階段，當風(fēng)電機達到運行條件時，計算機命令調(diào)節(jié)槳距角。第一步將槳距角調(diào)到45°，當轉(zhuǎn)速達到一定時，再調(diào)節(jié)到0°，直到風(fēng)電機達到額定轉(zhuǎn)速并網(wǎng)發(fā)電；第二階段當輸出功率小于額定功率時，槳距角保持在0°位置不變；第三階段，當發(fā)電機輸出功率達到額定后，調(diào)節(jié)系統(tǒng)即投入運行，當輸出功率變化時，及時調(diào)槳距角的大小，在風(fēng)速高于額定風(fēng)速時，使發(fā)電機的輸出功率基本保持不變。這類風(fēng)力發(fā)電機制造商的典型代表是丹麥的Vestas公司。變槳距調(diào)節(jié)的主要優(yōu)點是：槳葉受力較小，槳葉可以做的比較輕巧。由于槳距角可以隨風(fēng)速的大小而進行自動調(diào)節(jié)，因而能夠盡可能多的捕獲風(fēng)能，多發(fā)電力，又可以在高風(fēng)速時段保持輸出功率平穩(wěn)，不致引起異步發(fā)電機的過載，還能在風(fēng)速超過切出風(fēng)速時通過順槳（葉片的幾何攻角趨于零升力的狀態(tài)）防止對風(fēng)力機的損壞，這是MW級風(fēng)力發(fā)電機的發(fā)展方向。其缺點是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，故障率相對較高。

由于風(fēng)的隨機性和間歇性特點，使風(fēng)電機的出力變化很大，這樣機組的動態(tài)負荷增加，對電網(wǎng)的沖擊增大。為此，可通過增大異步發(fā)電機允許滑差率的辦法加以解決。鼠籠型異步發(fā)電機允許的滑差率為S = -1--5%。而繞線式異步發(fā)電機允許的滑差率為S = -1～-10%，滑差率的增大相當于在定、轉(zhuǎn)子間增加了一個彈性環(huán)節(jié)，對于減少功率波動，提高供電質(zhì)量是非常有利的。以上兩種異步發(fā)電機，盡管帶一定滑差運行，從切入風(fēng)速（3～4m/s）到切出風(fēng)速（25m/s），發(fā)電機的轉(zhuǎn)速變化最大可達10%，當極對數(shù)p = 2時，轉(zhuǎn)速在n = 1500?650轉(zhuǎn)/分之間變化，設(shè)增速齒輪的變比為60：1，則風(fēng)機葉片轉(zhuǎn)速的變化范圍為25～27.5轉(zhuǎn)/分，實際運行中，滑差S是很小的，因而葉片轉(zhuǎn)速變化范圍也是很小的，因此看上去風(fēng)機葉片似乎是在“恒速”旋轉(zhuǎn)，故通常又稱這種風(fēng)力發(fā)電機為恒速風(fēng)電機。

3、變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)

變速恒頻是指在風(fēng)力發(fā)電的過程中，發(fā)電機的轉(zhuǎn)速可以隨風(fēng)速而變化，然后通過適當?shù)目刂拼胧┦蛊浒l(fā)出的電能變?yōu)榕c電網(wǎng)同頻率的電能送入電力系統(tǒng)。風(fēng)力發(fā)電機把風(fēng)能通過旋轉(zhuǎn)葉片及發(fā)電機變?yōu)榻涣麟娔埽ㄆ漕l率隨風(fēng)速而變化），通過整流裝置將交流電變?yōu)橹绷麟姡偻ㄟ^逆變裝置將直流電變?yōu)楹泐l（工頻）交流電能，最后通過升壓變壓器，送入電力系統(tǒng)。變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)點是非常突出的：（1）風(fēng)力機可以最大限度的捕獲風(fēng)能，因而發(fā)電量較恒速恒頻風(fēng)力發(fā)電機大；（2）較寬的轉(zhuǎn)速運行范圍，以適應(yīng)因風(fēng)速變化引起的風(fēng)力機轉(zhuǎn)速的變化；（3）采用一定的控制策略可以靈活調(diào)節(jié)系統(tǒng)的有、無功功率；（4）可抑制諧波，減少損耗，提高效率。其主要問題是由于增加了交－直－交變換裝置，大大增加了設(shè)備費用。

4、交流勵磁雙饋發(fā)電機變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)

采用的發(fā)電機為轉(zhuǎn)子交流勵磁雙饋發(fā)電機，其結(jié)構(gòu)與繞線式異步電機類似。由于這種變速恒頻控制方案是在轉(zhuǎn)子電路實現(xiàn)的，流過轉(zhuǎn)子電路的功率是由交流勵磁發(fā)電機的轉(zhuǎn)子運行范圍所決定的轉(zhuǎn)差功率，該轉(zhuǎn)差功率僅為定子額定功率的一小部分，因此雙向變頻器的容量僅為發(fā)電機容量的一小部分，這樣該變頻器的成本以及控制難度大大降低。

這種采用交流勵磁雙饋發(fā)電機的控制方案除了可實現(xiàn)變速恒頻控制，減小變頻器的容量外，還可實現(xiàn)有功、無功功率的靈活控制，對電網(wǎng)而言可起到無功補償?shù)淖饔谩Ｈ秉c是交流勵磁發(fā)電機仍然有滑環(huán)和電刷。

二、風(fēng)電設(shè)備的發(fā)展動態(tài)分析

（1）單機容量向大型化發(fā)展

為了降低單位千瓦造價及發(fā)電成本，世界各國競相研制大功率的風(fēng)電機，進行技術(shù)攻關(guān)及中間試驗，從1978年~1995年間已建成兆瓦級機組25臺。目前世界上兆瓦級的風(fēng)電機已具備了商業(yè)化價值，其單機容量可達1500 kW。

（2）風(fēng)電機組由恒速運行向變速運行發(fā)展

由于變速運行的風(fēng)力發(fā)電機組具有：①發(fā)電量大；②對風(fēng)電場風(fēng)速變化的適應(yīng)性好；③具有較高的尖速比，因而可將槳葉做得更薄，降低生產(chǎn)成本，降低噪音及提高風(fēng)輪的效率；④能十分精確地控制功率因素等優(yōu)點，已成為風(fēng)力發(fā)電機組的發(fā)展方向。但由于目前尚存在控制系統(tǒng)的設(shè)計，在較大風(fēng)速范圍內(nèi)運行避免發(fā)生共振和引起塔架共振以及電能質(zhì)量和電子元件的成本等技術(shù)與經(jīng)濟性問題，因而尚處于初始發(fā)展階段，市場上僅有幾個中等容量的變速風(fēng)電機產(chǎn)品。德國Enercon公司是生產(chǎn)變速風(fēng)電機最多的公司。瑞典、荷蘭、加拿大和意大利都在開發(fā)研制大容量A-D-A（交－直－交）變速風(fēng)電機組。目前市場上廣為采用的雙速風(fēng)電機不僅具有變速風(fēng)電機的一些優(yōu)點，且不存在電力變換設(shè)備的費用和復(fù)雜性，因而得到很多公司的青睞。

（3）定槳距向變槳距方向發(fā)展

變槳距風(fēng)力發(fā)電機組能主動以全順槳方式來減少葉輪所承受的風(fēng)壓，具有結(jié)構(gòu)輕巧良好的變風(fēng)速性能和運輸、起吊難度小等優(yōu)點，因而是大容量風(fēng)電機的發(fā)展方向。從已建25臺大型兆瓦級風(fēng)電機樣機情況看除Nordic 100和Gamma 60二臺機組采用定槳距外，其余23臺大型兆瓦機組均采用變槳距。

三、國內(nèi)風(fēng)電投產(chǎn)發(fā)電設(shè)備容量越過100萬千瓦

中國在2008年不僅發(fā)電設(shè)備容量規(guī)模取得歷史性突破，發(fā)電生產(chǎn)結(jié)構(gòu)也進一步優(yōu)化，其中風(fēng)電投產(chǎn)發(fā)電設(shè)備裝機容量將突破了500萬千瓦。發(fā)電設(shè)備容量增加較快的原因：一是基建新增、技改新增引起的發(fā)電設(shè)備容量增加；二是隨著省級行業(yè)電力統(tǒng)計體系的逐步完善，以及行業(yè)統(tǒng)計范圍的逐步拓寬，部分省份歷年未能納入統(tǒng)計的地方小型發(fā)電企業(yè)生產(chǎn)能力被計入統(tǒng)計。

截止2007年底，據(jù)悉，截至2007年底，全國發(fā)電裝機容量達到71,329萬千瓦，同比增長14.36%，其中水電達到14,526萬千瓦，占 20.36%，火電裝機達55,442萬千瓦，占77.73%，核電達885萬千瓦，同比增長29.2%，并網(wǎng)生產(chǎn)風(fēng)電設(shè)備容量達到403萬千瓦，同比增長94.4%。

四、離網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機組產(chǎn)業(yè)的發(fā)展概況

中國對現(xiàn)代風(fēng)力發(fā)電機技術(shù)的開發(fā)利用起源于70年代初。經(jīng)過初期發(fā)展、單機分散研制、示范應(yīng)用、重點攻關(guān)、實用推廣、系列化和標準化幾個階段的發(fā)展，無論在科學(xué)研究、設(shè)計制造還是試驗、示范、應(yīng)用推廣等方面均有了長足的進步和很大的提高，并取得了明顯的經(jīng)濟效益和社會效益，為我國進一步開發(fā)利用風(fēng)力發(fā)電積累了經(jīng)驗，打下了良好的物質(zhì)基礎(chǔ)和技術(shù)基礎(chǔ)。同時，也鍛煉培養(yǎng)了一批素質(zhì)良好的行業(yè)技術(shù)隊伍。