2008年中國風電設備產業的發展分析

一、中國風力發電設備存在的種類

1、定槳距失速調節型風力發電機

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、使槳葉的表面產生渦流，效率降低，以達到限制轉速和輸出功率的目的）。這種技術是丹麥風電制造技術的核心。目前國內新疆風能公司，洛陽拖拉機廠，西安維德風力發電公司生產的600KW風電機，全都采用了這種技術。這種風電機的優點是調節簡單可靠，控制系統可以大大簡化，其缺點是葉片重量大（與變槳距風機葉片比較），輪轂、塔架等部件受力增大。這種風電機基本上都采用了鼠籠型轉子，有一部分機組為了提高低風速時段的發電效率，采用了變極技術。

2、變槳距調節型風力發電機

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

第一階段為開機階段，當風電機達到運行條件時，計算機命令調節槳距角。第一步將槳距角調到45°，當轉速達到一定時，再調節到0°，直到風電機達到額定轉速并網發電；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，當發電機輸出功率達到額定后，調節系統即投入運行，當輸出功率變化時，及時調槳距角的大小，在風速高于額定風速時，使發電機的輸出功率基本保持不變。這類風力發電機制造商的典型代表是丹麥的Vestas公司。變槳距調節的主要優點是：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速的大小而進行自動調節，因而能夠盡可能多的捕獲風能，多發電力，又可以在高風速時段保持輸出功率平穩，不致引起異步發電機的過載，還能在風速超過切出風速時通過順槳（葉片的幾何攻角趨于零升力的狀態）防止對風力機的損壞，這是MW級風力發電機的發展方向。其缺點是結構比較復雜，故障率相對較高。

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

3、變速恒頻風力發電機系統

變速恒頻是指在風力發電的過程中，發電機的轉速可以隨風速而變化，然后通過適當的控制措施使其發出的電能變為與電網同頻率的電能送入電力系統。風力發電機把風能通過旋轉葉片及發電機變為交流電能（其頻率隨風速而變化），通過整流裝置將交流電變為直流電，再通過逆變裝置將直流電變為恒頻（工頻）交流電能，最后通過升壓變壓器，送入電力系統。變速恒頻風力發電系統的優點是非常突出的：（1）風力機可以最大限度的捕獲風能，因而發電量較恒速恒頻風力發電機大；（2）較寬的轉速運行范圍，以適應因風速變化引起的風力機轉速的變化；（3）采用一定的控制策略可以靈活調節系統的有、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，大大增加了設備費用。

4、交流勵磁雙饋發電機變速恒頻風力發電系統

采用的發電機為轉子交流勵磁雙饋發電機，其結構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子電路實現的，流過轉子電路的功率是由交流勵磁發電機的轉子運行范圍所決定的轉差功率，該轉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電機的控制方案除了可實現變速恒頻控制，減小變頻器的容量外，還可實現有功、無功功率的靈活控制，對電網而言可起到無功補償的作用。缺點是交流勵磁發電機仍然有滑環和電刷。

二、風電設備的發展動態分析

（1）單機容量向大型化發展

為了降低單位千瓦造價及發電成本，世界各國競相研制大功率的風電機，進行技術攻關及中間試驗，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電機已具備了商業化價值，其單機容量可達1500 kW。

（2）風電機組由恒速運行向變速運行發展

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

（3）定槳距向變槳距方向發展

變槳距風力發電機組能主動以全順槳方式來減少葉輪所承受的風壓，具有結構輕巧良好的變風速性能和運輸、起吊難度小等優點，因而是大容量風電機的發展方向。從已建25臺大型兆瓦級風電機樣機情況看除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、國內風電投產發電設備容量越過100萬千瓦

中國在2008年不僅發電設備容量規模取得歷史性突破，發電生產結構也進一步優化，其中風電投產發電設備裝機容量將突破了500萬千瓦。發電設備容量增加較快的原因：一是基建新增、技改新增引起的發電設備容量增加；二是隨著省級行業電力統計體系的逐步完善，以及行業統計范圍的逐步拓寬，部分省份歷年未能納入統計的地方小型發電企業生產能力被計入統計。

截止2007年底，據悉，截至2007年底，全國發電裝機容量達到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%，并網生產風電設備容量達到403萬千瓦，同比增長94.4%。

四、離網型風力發電機組產業的發展概況

中國對現代風力發電機技術的開發利用起源于70年代初。經過初期發展、單機分散研制、示范應用、重點攻關、實用推廣、系列化和標準化幾個階段的發展，無論在科學研究、設計制造還是試驗、示范、應用推廣等方面均有了長足的進步和很大的提高，并取得了明顯的經濟效益和社會效益，為我國進一步開發利用風力發電積累了經驗，打下了良好的物質基礎和技術基礎。同時，也鍛煉培養了一批素質良好的行業技術隊伍。