直驱永磁风力发电机组发展情况概述
2014-03-27 17:38阅读：
直驱永磁风力发电机组发展情况概述
目前,全球已实现商业化生产的风电机组技术主要有两种：一种是叶轮直接驱动发电机的直驱风力发电机组，另外一种是通过齿轮箱提高转速驱动发电机的带齿轮箱风电机组。本刊将在近两期对采用这两种技术的我国风力发电机组发展情况进行概述，供参考。
直驱永磁风力发电机组发展情况概述
一、概况
直驱式风力发电机，是一种由风轮直接驱动发电机的风力发电机组，亦称无齿轮风力发电机组，这种风力发电机采用多极发电机与风轮直接连接进行驱动的方式，免去了齿轮箱这一传统部件。由于目前在某些兆瓦级风力发电机组中齿轮箱是容易过载和损坏率较高的部件，而无齿轮箱的直驱方式能有效地减少由于齿轮箱磨损问题而造成的机组故障，可有效提高系统运行的可靠性和寿命，减少维护成本，因而得到了市场青睐。此外，直驱式风电系统主要采用全功率变流技术，该技术可使风轮和发电机的调速范围扩展到0
%～150% 的额定转速，提高了风能利用范围。且全功率变流技术对低电压穿越技术有很
好的解决途径，为直驱式风力发电机进一步发展增加了优势。
对于直驱式风力发电机的研究，国外从20世纪90年代就开始了。1992年，德国ENERCON公司开始研制直驱式励磁风力发电机组。1997年，世界风力发电机市场上出现了该公司开发的E-33、E-48、E-70等型号的直驱式励磁变速变桨距风力发电机组。这些容量330kW～2MW的高产能、运行维护成本低的先进机型的优点逐渐显露，引起了风电场开发商的青睐。2004年以来，直驱式风力发电机的年安装量逐年增加。目前，德国ENERCON公司研制的直驱式励磁风力发电机组已有多个品种，最大功率已达到7MW，该公司生产的直驱式励磁风力发电机组，在2009年占据德国风电市场55%以上的份额。荷兰Largewey风电公司现在也开始生产2MW的直驱永磁风力发电机组，并已经进入欧洲市场。近来，德国西门子公司开发了3.6MW直驱永磁同步风力发电机组样机和3MW直驱永磁同步风力发电机组，技术可利用率达98%。
我国的中小型风力发电机组，从100瓦到100千瓦都是直驱永磁风力发电机组，2009年中小型直驱永磁风力发电机组产量约10万台。到目前为止，中小型直驱永磁风力发电机组已经累计生产约60万台，是世界上生产、应用最多的国家。在大型并网风力发电机组开发领域，我国也拥有世界领先的直驱永磁风力发电机组制造技术。2009年，我国新增大型并网直驱永磁风力发电机组装机容量约240万千瓦，而德国新增直驱励磁风力发电机组装机容量约115万千瓦。因而，我国是2009年全球安装大型直驱式风力发电机组最多的国家。现今，我国有19家企业在从事大型并网直驱永磁风力发电机组的研发生产，也是全球大型并网直驱永磁风力发电机组生产企业最多的国家。我国在1.5MW直驱永磁机组已经实现大批量生产的基础上，又推出2.5MW直驱永磁机组，已经完成五台样机的安装，目前已进行6.0MW直驱永磁风力发电机组研制项目。
二、直驱永磁风力发电机组特点
直驱永磁风力发电机有以下几个方面优点：
1.发电效率高：直驱式风力发电机组没有齿轮箱，减少了传动损耗，提高了发电效率，尤其是在低风速环境下，效果更加显著。
2.可靠性高：齿轮箱是风力发电机组运行出现故障频率较高的部件，直驱技术省去了齿轮箱及其附件，简化了传动结构，提高了机组的可靠性。同时，机组在低转速下运行，旋转部件较少，可靠性更高。
3.运行及维护成本低：采用无齿轮直驱技术可减少风力发电机组零部件数量，避免齿轮箱油的定期更换，降低了运行维护成本。
4.电网接入性能优异：直驱永磁风力发电机组的低电压穿越使得电网并网点电压跌落时，风力发电机组能够在一定电压跌落的范围内不间断并网运行，从而维持电网的稳定运行。
直驱型风力发电机组没有齿轮箱，低速风轮直接与发电机相连接，各种有害冲击载荷也全部由发电机系统承受，对发电机要求很高。同时，为了提高发电效率，发电机的极数非常大，通常在100极左右，发电机的结构变得非常复杂，体积庞大，需要进行整机吊装维护。且永磁材料及稀土的使用增加了一些不确定因素。
三、我国直驱型风力发电机组制造企业概况
近年来，我国参与直驱永磁风力发电机组研发的企业数量逐年增加。截至2010年8月底，国内永磁直驱型风力发电机组制造商已经达到19家（见附表），其中，国有、国有控股公司10家，民营制造企业5家，合资企业3家，外商独资企业1家。
根据企业的产品产业化落实程度，大致可分为以下四种类型：
第一类：产业化落实程度很好，已具备大批量生产能力的风力发电机组制造企业。如：新疆金风科技股份有限公司、湖南湘电风能有限公司；第二类：产业化落实程度较好，产品已成功投入运行并已小批量生产的风力发电机组制造企业，如：内蒙古航天万源风机制造有限公司、东方电气新能源设备（杭州）有限公司、潍坊瑞其能电气有限公司等；第三类：产品样机已投入运行试验，产业化工作正在进一步落实的风力发电机组制造企业，如：哈尔滨风电设备股份有限公司、上海万德风力发电股份有限公司、广西银河艾万迪斯风力发电有限公司等企业；第四类：正在进行样机研制或试验的企业，如：江苏新誉风力发电设备有限公司、山东鲁科风电设备有限公司等。
1.直驱永磁风力发电机组配套部件制造企业概况
随着国内直驱式风力发电机组市场需求的扩大，直驱风力发电机组关键部件配套生产企业有了较快的发展，风电设备制造和配套部件专业化产业链正逐步形成：
永磁发电机制造企业有：永济电机厂有限公司、株洲南车电机股份有限公司、湘潭电机有限公司、大连天元电机公司和金风科技等，基本能够满足国内直驱永磁风力发电机组市场需要。
生产叶片的企业在国内已有50 多家，其中已经批量生产的企业有：中航（保定）惠腾风电设备有限公司、中材科技公司、连云港中复连众复合材料集团、北京玻璃钢研究院和天津LM公司等，其它企业正在建设或试制中。目前，国产风力发电机组叶片基本能够满足国内风电产业发展的需要。
目前全功率的变流器主要采用ABB公司和奥地利Windtec等国外公司生产的设备。现在国内已有金风科技、北京科诺伟业科技有限公司、北京景新电气公司、株洲时代集团、永济电机厂有限公司和哈尔滨九州电器等企业在研制生产大型直驱永磁风力发电机组的全功率变流器。2010年2月，大全集团与海军工程技术大学联合组建的“国家能源新能源接入设备研发（实验）中心”研发的2
MW级永磁直驱风力发电变流器通过鉴定，填补了国内空白，该变流器应用在湘电股份有限公司的风机上。
国内生产变桨和偏航轴承的企业有：洛阳轴承集团技术中心有限公司、瓦房店轴承集团有限责任公司和徐州罗特艾德回转支承有限公司。这些公司也在试制主轴轴承，但没有经过长期运行考验。大部分公司还采用国外SKF和FAG的产品，但供货周期比较长，对风力发电机组产能会有一定影响。
2.国内并网直驱型风力发电机组的技术来源
根据对国内正在制造和生产的风力发电机组的调查分析，其主要技术来源大致可分为以下四类：第一类：与国外设计技术公司联合设计，在国内进行制造和生产，如：金风科技与德国Vinces
联合设计的1.5MW直驱风力发电机组，现在已在国内大批量生产和供货。还有东方电气新能源设备（杭州）有限公司与英国公司联合设计的1.5MW直驱风力发电机组，现在这家公司的产品已经有小批量生产；第二类：与国外公司合资，引进国外成熟技术在国内进行生产。例如湘电风能、广西银河艾万迪斯风力发电有限公司，2.5MW风机已在国内分别生产出产品样机；第三类：采用国内大学和科技公司自主创新、自行开发的设计制造技术，在国内进行生产的风力发电机组。例如上海万德的1.25MW和1.5MW机组、江苏新誉风力发电设备有限公司的2MW机组等都已经进入样机试制或试验阶段；第四类：国外的风力发电机组制造公司在国内建立独资企业，将其成熟的设计制造技术，在国内进行生产。如：荷兰联合能源公司的1.6MW机组就是采取这种方式进行生产的，目前已进入试制阶段。
四、直驱永磁风力发电机组发展前景
在直驱永磁风力发电机组制造应用方面，我国新疆金风科技有限公司与德国Vensys公司合作研制的1.5MW直驱永磁风力发电机组，到2009年底，已有1500多台安装在风电场。湘潭电机公司研制的2MW直驱永磁风力发电机组也已经在风电场批量投入运行，其他如：广西银河艾迈迪、内蒙古航天万源、东方电气新能源、潍坊瑞其能、包头汇全稀土、江西麦德公司和山东鲁能等，制造企业也研制出了直驱永磁风力发电机组。2009年，我国新增大型风力发电机组中，直驱永磁风力发电机组的市场份额已超过17%。
显然，直驱永磁风力发电机组的市场份额会逐年增加，而且会成为海上风力发电机组的首选机型之一，2010年，我国直驱永磁风力发电机组新增装机容量将占到大型风力发电机组装机容量的25%左右。直驱永磁风力发电机组与双馈式异步风力发电机组将并驾齐驱中国风电场、成为我国风电市场上的两大主流机型。
双馈：主要有孤岛并网和空载并网两种方式，关键是调节转子
励磁让定子发出的电压
和电网电压符合并网条件
双馈：
双馈电机成本低，技术成熟；电力电子变流装置所需要的容量小；可以在
小容
量情况下采用全风冷；
双馈：发电所需要的风速范围要求太高，一般在同步速的＋20％－－20％以内，发电量
受限制，容易脱网，发电的经济性和稳定性很差；有三级
行星齿轮箱，5年需要
更换一次，维护成本很高（这东西是在塔筒上，想想在70
多米的天空上维护
一个吨级的东西）；有Active Crowbar，技术上及其困难，现在全世界也就
ABB一家完全搞定；电网的适应性差，
功率因数受限制，一般只能到0.9
直驱优于双馈
直驱：可以在非常宽的风速范围发电；省去1：80的三级行星齿轮箱，可靠性高，维护
性好；电力电子变换装置不需要Active Crowbar；功率因数几乎不受限制，完
全可以看做挂在电网上的一个无功发生器
直驱：直驱电机和
电力电子装置成本高；直驱电机技术不成熟；为了让风速很低时直
驱电机能够发电，导致电机的级对数极多，一般都超过100对，使电机的体
积很大；只能水冷，这东西太麻烦了
直驱：让
逆变器的输出电压和电网电压符合并网条件就行了直驱：没有致命缺点，是未来的主流技术，实际上欧洲已经表现出了这个趋势。
