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2011-02-10 來源:中國農(nóng)機工業(yè)協(xié)會風能設(shè)備分會 瀏覽數(shù):2728
1. 前言
以丹麥Vestas 公司的V80、V90 為代表的雙饋式異步變速風電機組,在國際風電市場中所占的份額最大。德國Repower 公司利用該技術(shù)開發(fā)的機組,單機容量已經(jīng)達到6MW。西門子公司、德國Nordex 公司、西班牙Gamesa 公司、美國GE 風能公司和印度Suzlon 公司都生產(chǎn)的是雙饋異步變速風電機組,2009 年新增風電機組中,雙饋異步變速風
電機組仍然占80% 以上。目前,歐洲正在開發(fā)10MW 的雙饋異步發(fā)電型變速恒頻風電機組。
我國內(nèi)資企業(yè)華銳風電、東方汽輪機、國電聯(lián)合動力、廣東明陽等企業(yè)也生產(chǎn)的是雙饋異步發(fā)電型變速風電機組。2009 年我國新增風電機組中,雙饋異步發(fā)電型變速風電機組仍然占82%以上。目前,我國華銳風電研發(fā)的3MW 的雙饋異步發(fā)電型變速恒頻風電機組已經(jīng)批量投入運行,5MW 的雙饋異步發(fā)電型變速恒頻風電機組已經(jīng)下線。我國在大型并網(wǎng)風電機組開發(fā)領(lǐng)域,擁有世界領(lǐng)先的雙饋式異步風電機組制造技術(shù)。2009 年,我國新增大型雙饋式異步風電機組裝機容量約1140 萬千瓦,居世界第一位。因而,我國是2009 年全球安裝大型雙饋式異步風電機組最多的國家。我國目前有64
家企業(yè)(見附件)在從事大型雙饋式異步風電機組的研發(fā)生產(chǎn),也是全球大型雙饋式異步風電機組生產(chǎn)企業(yè)最多的國家。
2. 雙饋技術(shù)的發(fā)展及其
優(yōu)勢
2.1 機組特點
雙饋式風力發(fā)電機組具有以下特點:
2.2.1 技術(shù)成熟、質(zhì)量可靠。
自工業(yè)化革命以來,齒輪傳動已經(jīng)成為技術(shù)最成熟、最主流的傳動方式,廣泛應(yīng)用于航空、航天、船舶、汽車、鐘表等工業(yè)和生活領(lǐng)域。風力發(fā)電機組工作環(huán)境惡劣,對機組可靠性要求很高。雙饋機組采用的大功率大速比齒輪箱技術(shù)從20 世紀90 年代起已經(jīng)開始應(yīng)用,其在風電中的故障率已低于電氣系統(tǒng)和發(fā)電機系統(tǒng)。葉輪+ 齒輪箱+ 發(fā)電機的傳動
鏈結(jié)構(gòu)簡單,各類載荷分配合理,整體質(zhì)量可靠性高。
2.2.2 效率高、性價比優(yōu)。
該技術(shù)有效分配了機械傳動系統(tǒng)和發(fā)電系統(tǒng)的參數(shù)配置,通過高速比齒輪箱提高電機轉(zhuǎn)速,大幅提高發(fā)電機效率。同時該機型僅有占額定功率1/5 ~ 1/3 的轉(zhuǎn)差功率通過變流器,變流器的能量損失小,整機效率高、性價比優(yōu)。
2.2.3 可維護性好。雙饋式風力發(fā)電機組一般采用葉片+ 輪轂+ 齒輪箱+ 聯(lián)軸器+ 發(fā)電機的傳動結(jié)構(gòu),這種結(jié)構(gòu)各主要部件相對獨立,可以分別進行維護和維修,現(xiàn)場維修容易,時間響應(yīng)及時。
2.2.4 電能質(zhì)量好,可滿足低電壓穿越要求。雙饋式風力發(fā)電機組采用雙饋式感應(yīng)電機和部分功率變流技術(shù),發(fā)出的70%以上的電能通過定子輸送到電網(wǎng),產(chǎn)生的諧波小、電能質(zhì)量好。同時,該技術(shù)具有功率因數(shù)可調(diào)、有功功率和無功功率控制方便,可實現(xiàn)低電壓穿越,滿足電網(wǎng)要求。
但在大型風力發(fā)電機組實際運行中,齒輪箱是故障率較高的部件。由于風力發(fā)電機組一般安裝在高山、荒野、海灘、海島等風口處,受無規(guī)律的變向變負荷的風力作用以及強陣風的沖擊,常年經(jīng)受酷暑嚴寒和極端溫差的影響,加之所處自然環(huán)境交通不便,齒輪箱安裝在塔頂?shù)莫M小空間內(nèi),一旦出現(xiàn)故障,修復(fù)非常困難,故對其可靠性和使用壽命都提出了比一般機械高得多的要求。例如對構(gòu)件材料的要求,除了常規(guī)狀態(tài)下機械性能外,還應(yīng)該具有低溫狀態(tài)下抗冷脆性等特征;應(yīng)保證齒輪箱平穩(wěn)工作,防止振動和沖擊;保證充分的潤滑條件等。對冬夏溫差巨大的地區(qū),要配置合適的加熱和冷卻裝置。還要設(shè)置監(jiān)控點,對運轉(zhuǎn)和潤滑狀態(tài)進行遙控。
2.2 市場應(yīng)用情況
全球權(quán)威風能產(chǎn)業(yè)研究機構(gòu)BTM 發(fā)布的2009 年全球風電產(chǎn)業(yè)報告顯示,2009 年全球新增風電裝機約3800 萬千瓦,在已裝機的風力發(fā)電機組中,86%的風力發(fā)電機組采用帶齒輪箱的形式。在全球前10 大風電設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)中, 有VESTAS、GEWIND、華銳風電、GAMESA、東汽、SUZLON、SIEMENS、REPOWER 等8 家企業(yè)采用齒輪箱技術(shù)。目前,全球在海上風電場并網(wǎng)運行的800 多臺大型風力發(fā)電機組中,除了6 臺采用了Multibrid-5MW 半直驅(qū)風電機組外,全部采用了雙饋式異步風電機組。從目前國內(nèi)的情況來看,帶齒輪箱機組變槳變速雙饋式風力發(fā)電機組的裝機容量比例最大,代表企業(yè)包括華銳風電、東方汽輪機、國電聯(lián)合動力、廣東明陽、上海電氣、浙江運達和北重等,市場份額超過80%。
3.我國并網(wǎng)雙饋式異步風電機組制造企業(yè)概況
為了貫徹落實國家風電產(chǎn)業(yè)政策和重大裝備自主化政策,開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的大型雙饋式異步風力發(fā)電機組,自2006 年以來,參與研發(fā)雙饋式異步風電機組的企業(yè)數(shù)量逐年增加。到2010 年8 月底,國內(nèi)雙饋式異步風電機組制造商(包括外資企業(yè))已經(jīng)達到61 家(見附表一),其中國有、國有控股公司29 家,民營制造企業(yè)共16家,合資企業(yè)7 家,外商獨資企業(yè)9 家。根據(jù)企業(yè)的產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化落實程度,大致可分為以下五種類型:
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