2008年中国风电设备产业的发展分析

一、中国风力发电设备存在的种类

1、定桨距失速调节型风力发电机

定桨距是指叶片被固定安装在轮毂上，其桨距角（叶片上某一点的弦线与转子平面间的夹角）固定不变，失速型是指桨叶翼型本身所具有的失速特性（当风速高于额定值时，气流的攻角增大到失速条件、使桨叶的表面产生涡流，效率降低，以达到限制转速和输出功率的目的）。这种技术是丹麦风电制造技术的核心。目前国内新疆风能公司，洛阳拖拉机厂，西安维德风力发电公司生产的600KW风电机，全都采用了这种技术。这种风电机的优点是调节简单可靠，控制系统可以大大简化，其缺点是叶片重量大（与变桨距风机叶片比较），轮毂、塔架等部件受力增大。这种风电机基本上都采用了鼠笼型转子，有一部分机组为了提高低风速时段的发电效率，采用了变极技术。

2、变桨距调节型风力发电机

变桨距是指安装在轮毂上的叶片。可以借助控制技术改变其桨距角的大小。其调节方法分为三个阶段：

第一阶段为开机阶段，当风电机达到运行条件时，计算机命令调节桨距角。第一步将桨距角调到45°，当转速达到一定时，再调节到0°，直到风电机达到额定转速并网发电；第二阶段当输出功率小于额定功率时，桨距角保持在0°位置不变；第三阶段，当发电机输出功率达到额定后，调节系统即投入运行，当输出功率变化时，及时调桨距角的大小，在风速高于额定风速时，使发电机的输出功率基本保持不变。这类风力发电机制造商的典型代表是丹麦的Vestas公司。变桨距调节的主要优点是：桨叶受力较小，桨叶可以做的比较轻巧。由于桨距角可以随风速的大小而进行自动调节，因而能够尽可能多的捕获风能，多发电力，又可以在高风速时段保持输出功率平稳，不致引起异步发电机的过载，还能在风速超过切出风速时通过顺桨（叶片的几何攻角趋于零升力的状态）防止对风力机的损坏，这是MW级风力发电机的发展方向。其缺点是结构比较复杂，故障率相对较高。

由于风的随机性和间歇性特点，使风电机的出力变化很大，这样机组的动态负荷增加，对电网的冲击增大。为此，可通过增大异步发电机允许滑差率的办法加以解决。鼠笼型异步发电机允许的滑差率为S = -1--5%。而绕线式异步发电机允许的滑差率为S = -1～-10%，滑差率的增大相当于在定、转子间增加了一个弹性环节，对于减少功率波动，提高供电质量是非常有利的。以上两种异步发电机，尽管带一定滑差运行，从切入风速（3～4m/s）到切出风速（25m/s），发电机的转速变化最大可达10%，当极对数p = 2时，转速在n = 1500?650转/分之间变化，设增速齿轮的变比为60：1，则风机叶片转速的变化范围为25～27.5转/分，实际运行中，滑差S是很小的，因而叶片转速变化范围也是很小的，因此看上去风机叶片似乎是在“恒速”旋转，故通常又称这种风力发电机为恒速风电机。

3、变速恒频风力发电机系统

变速恒频是指在风力发电的过程中，发电机的转速可以随风速而变化，然后通过适当的控制措施使其发出的电能变为与电网同频率的电能送入电力系统。风力发电机把风能通过旋转叶片及发电机变为交流电能（其频率随风速而变化），通过整流装置将交流电变为直流电，再通过逆变装置将直流电变为恒频（工频）交流电能，最后通过升压变压器，送入电力系统。变速恒频风力发电系统的优点是非常突出的：（1）风力机可以最大限度的捕获风能，因而发电量较恒速恒频风力发电机大；（2）较宽的转速运行范围，以适应因风速变化引起的风力机转速的变化；（3）采用一定的控制策略可以灵活调节系统的有、无功功率；（4）可抑制谐波，减少损耗，提高效率。其主要问题是由于增加了交－直－交变换装置，大大增加了设备费用。

4、交流励磁双馈发电机变速恒频风力发电系统

采用的发电机为转子交流励磁双馈发电机，其结构与绕线式异步电机类似。由于这种变速恒频控制方案是在转子电路实现的，流过转子电路的功率是由交流励磁发电机的转子运行范围所决定的转差功率，该转差功率仅为定子额定功率的一小部分，因此双向变频器的容量仅为发电机容量的一小部分，这样该变频器的成本以及控制难度大大降低。

这种采用交流励磁双馈发电机的控制方案除了可实现变速恒频控制，减小变频器的容量外，还可实现有功、无功功率的灵活控制，对电网而言可起到无功补偿的作用。缺点是交流励磁发电机仍然有滑环和电刷。

二、风电设备的发展动态分析

（1）单机容量向大型化发展

为了降低单位千瓦造价及发电成本，世界各国竞相研制大功率的风电机，进行技术攻关及中间试验，从1978年~1995年间已建成兆瓦级机组25台。目前世界上兆瓦级的风电机已具备了商业化价值，其单机容量可达1500 kW。

（2）风电机组由恒速运行向变速运行发展

由于变速运行的风力发电机组具有：①发电量大；②对风电场风速变化的适应性好；③具有较高的尖速比，因而可将桨叶做得更薄，降低生产成本，降低噪音及提高风轮的效率；④能十分精确地控制功率因素等优点，已成为风力发电机组的发展方向。但由于目前尚存在控制系统的设计，在较大风速范围内运行避免发生共振和引起塔架共振以及电能质量和电子元件的成本等技术与经济性问题，因而尚处于初始发展阶段，市场上仅有几个中等容量的变速风电机产品。德国Enercon公司是生产变速风电机最多的公司。瑞典、荷兰、加拿大和意大利都在开发研制大容量A-D-A（交－直－交）变速风电机组。目前市场上广为采用的双速风电机不仅具有变速风电机的一些优点，且不存在电力变换设备的费用和复杂性，因而得到很多公司的青睐。

（3）定桨距向变桨距方向发展

变桨距风力发电机组能主动以全顺桨方式来减少叶轮所承受的风压，具有结构轻巧良好的变风速性能和运输、起吊难度小等优点，因而是大容量风电机的发展方向。从已建25台大型兆瓦级风电机样机情况看除Nordic 100和Gamma 60二台机组采用定桨距外，其余23台大型兆瓦机组均采用变桨距。

三、国内风电投产发电设备容量越过100万千瓦

中国在2008年不仅发电设备容量规模取得历史性突破，发电生产结构也进一步优化，其中风电投产发电设备装机容量将突破了500万千瓦。发电设备容量增加较快的原因：一是基建新增、技改新增引起的发电设备容量增加；二是随着省级行业电力统计体系的逐步完善，以及行业统计范围的逐步拓宽，部分省份历年未能纳入统计的地方小型发电企业生产能力被计入统计。

截止2007年底，据悉，截至2007年底，全国发电装机容量达到71,329万千瓦，同比增长14.36%，其中水电达到14,526万千瓦，占 20.36%，火电装机达55,442万千瓦，占77.73%，核电达885万千瓦，同比增长29.2%，并网生产风电设备容量达到403万千瓦，同比增长94.4%。

四、离网型风力发电机组产业的发展概况

中国对现代风力发电机技术的开发利用起源于70年代初。经过初期发展、单机分散研制、示范应用、重点攻关、实用推广、系列化和标准化几个阶段的发展，无论在科学研究、设计制造还是试验、示范、应用推广等方面均有了长足的进步和很大的提高，并取得了明显的经济效益和社会效益，为我国进一步开发利用风力发电积累了经验，打下了良好的物质基础和技术基础。同时，也锻炼培养了一批素质良好的行业技术队伍。