2022年中國風(fēng)電設(shè)備產(chǎn)業(yè)的發(fā)展分析

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)整型風(fēng)力發(fā)電機(jī)

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(diǎn)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(dāng)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(dá)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(jī)廠，西安維德風(fēng)力發(fā)電公司生產(chǎn)的600KW風(fēng)電機(jī)，全都采納了這種技術(shù)。這種風(fēng)電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是調(diào)整簡潔牢靠，掌握系統(tǒng)可以大大簡化，其缺點(diǎn)是葉片重量大（與變槳距風(fēng)機(jī)葉片比較），輪轂、塔架等部件受力增大。這種風(fēng)電機(jī)基本上都采納了鼠籠型轉(zhuǎn)子，有一部分機(jī)組為了提凹凸風(fēng)速時段的發(fā)電效率，采納了變極技術(shù)。

2、變槳距調(diào)整型風(fēng)力發(fā)電機(jī)

變槳距是指安裝在輪轂上的葉片?？梢越柚莆占夹g(shù)轉(zhuǎn)變其槳距角的大小。其調(diào)整方法分為三個階段：

第一階段為開機(jī)階段，當(dāng)風(fēng)電機(jī)達(dá)到運(yùn)行條件時，計(jì)算機(jī)命令調(diào)整槳距角。第一步將槳距角調(diào)到45°，當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到肯定時，再調(diào)整到0°，直到風(fēng)電機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速并網(wǎng)發(fā)電；其次階段當(dāng)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(dāng)發(fā)電機(jī)輸出功率達(dá)到額定后，調(diào)整系統(tǒng)即投入運(yùn)行，當(dāng)輸出功率變化時，準(zhǔn)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(jī)的輸出功率基本保持不變。這類風(fēng)力發(fā)電機(jī)制造商的典型代表是丹麥的Vestas公司。變槳距調(diào)整的主要優(yōu)點(diǎn)是：槳葉受力較小，槳葉可以做的比較輕松。由于槳距角可以隨風(fēng)速的大小而進(jìn)行自動調(diào)整，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(jī)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(jī)的損壞，這是MW級風(fēng)力發(fā)電機(jī)的進(jìn)展方向。其缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)比較簡單，故障率相對較高。

由于風(fēng)的隨機(jī)性和間歇性特點(diǎn)，使風(fēng)電機(jī)的出力變化很大，這樣機(jī)組的動態(tài)負(fù)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(jī)允許滑差率的方法加以解決。鼠籠型異步發(fā)電機(jī)允許的滑差率為S=-1--5%。而繞線式異步發(fā)電機(jī)允許的滑差率為S=-1～-10%，滑差率的增大相當(dāng)于在定、轉(zhuǎn)子間增加了一個彈性環(huán)節(jié)，對于削減功率波動，提高供電質(zhì)量是特別有利的。以上兩種異步發(fā)電機(jī)，盡管帶肯定滑差運(yùn)行，從切入風(fēng)速（3～4m/s）到切出風(fēng)速（25m/s），發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速變化最大可達(dá)10%，當(dāng)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(jī)葉片轉(zhuǎn)速的變化范圍為25～27.5轉(zhuǎn)/分，實(shí)際運(yùn)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(jī)葉片好像是在“恒速”旋轉(zhuǎn)，故通常又稱這種風(fēng)力發(fā)電機(jī)為恒速風(fēng)電機(jī)。

3、變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)

變速恒頻是指在風(fēng)力發(fā)電的過程中，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速可以隨風(fēng)速而變化，然后通過適當(dāng)?shù)恼莆沾胧┦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(jī)把風(fēng)能通過旋轉(zhuǎn)葉片及發(fā)電機(jī)變?yōu)闇贤娔埽ㄆ漕l率隨風(fēng)速而變化），通過整流裝置將溝通電變?yōu)橹绷麟?，再通過逆變裝置將直流電變?yōu)楹泐l（工頻）溝通電能，最終通過升壓變壓器，送入電力系統(tǒng)。變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是特別突出的：（1）風(fēng)力機(jī)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(jī)大；（2）較寬的轉(zhuǎn)速運(yùn)行范圍，以適應(yīng)因風(fēng)速變化引起的風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速的變化；（3）采納肯定的掌握策略可以敏捷調(diào)整系統(tǒng)的有、無功功率；（4）可抑制諧波，削減損耗，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(fèi)用。

4、溝通勵磁雙饋發(fā)電機(jī)變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)

采納的發(fā)電機(jī)為轉(zhuǎn)子溝通勵磁雙饋發(fā)電機(jī)，其結(jié)構(gòu)與繞線式異步電機(jī)類似。由于這種變速恒頻掌握方案是在轉(zhuǎn)子電路實(shí)現(xiàn)的，流過轉(zhuǎn)子電路的功率是由溝通勵磁發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子運(yùn)行范圍所打算的轉(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(jī)容量的一小部分，這樣該變頻器的成本以及掌握難度大大降低。

這種采納溝通勵磁雙饋發(fā)電機(jī)的掌握方案除了可實(shí)現(xiàn)變速恒頻掌握，減小變頻器的容量外，還可實(shí)現(xiàn)有功、無功功率的敏捷掌握，對電網(wǎng)而言可起到無功補(bǔ)償?shù)淖饔?。缺點(diǎn)是溝通勵磁發(fā)電機(jī)仍舊有滑環(huán)和電刷。

二、風(fēng)電設(shè)備的進(jìn)展動態(tài)分析

（1）單機(jī)容量向大型化進(jìn)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(jī)，進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)及中間試驗(yàn)，從1978年~1995年間已建成兆瓦級機(jī)組25臺。目前世界上兆瓦級的風(fēng)電機(jī)已具備了商業(yè)化價值，其單機(jī)容量可達(dá)1500kW。

（2）風(fēng)電機(jī)組由恒速運(yùn)行向變速運(yùn)行進(jìn)展

由于變速運(yùn)行的風(fēng)力發(fā)電機(jī)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能非常精確地掌握功率因素等優(yōu)點(diǎn)，已成為風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的進(jìn)展方向。但由于目前尚存在掌握系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，在較大風(fēng)速范圍內(nèi)運(yùn)行避開發(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(jì)性問題，因而尚處于初始進(jìn)展階段，市場上僅有幾個中等容量的變速風(fēng)電機(jī)產(chǎn)品。德國Enercon公司是生產(chǎn)變速風(fēng)電機(jī)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(jī)組。目前市場上廣為采納的雙速風(fēng)電機(jī)不僅具有變速風(fēng)電機(jī)的一些優(yōu)點(diǎn)，且不存在電力變換設(shè)備的費(fèi)用和簡單性，因而得到許多公司的青睞。

（3）定槳距向變槳距方向進(jìn)展

變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組能主動以全順槳方式來削減葉輪所承受的風(fēng)壓，具有結(jié)構(gòu)輕松良好的變風(fēng)速性能和運(yùn)輸、起吊難度小等優(yōu)點(diǎn)，因而是大容量風(fēng)電機(jī)的進(jìn)展方向。從已建25臺大型兆瓦級風(fēng)電機(jī)樣機(jī)狀況看除Nordic100和Gamma60二臺機(jī)組采納定槳距外，其余23臺大型兆瓦機(jī)組均采納變槳距。

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2022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(jìn)一步優(yōu)化，其中風(fēng)電投產(chǎn)發(fā)電設(shè)備裝機(jī)容量將突破了500萬千瓦。發(fā)電設(shè)備容量增加較快的緣由：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(jì)體系的逐步完善，以及行業(yè)統(tǒng)計(jì)范圍的逐步拓寬，部分省份歷年未能納入統(tǒng)計(jì)的地方小型發(fā)電企業(yè)生產(chǎn)力量被計(jì)入統(tǒng)計(jì)。

截止2022年底，據(jù)悉，截至2022年底，全國發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)到71,329萬千瓦，同比增長14.36%，其中水電達(dá)到14,526萬千瓦，占20.36%，火電裝機(jī)達(dá)55,442萬千瓦，占77.73%，核電達(dá)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(dá)到403萬千瓦，同比增長94.4%。

四、離網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組產(chǎn)業(yè)的進(jìn)展概況

中國對現(xiàn)代風(fēng)力發(fā)電機(jī)技術(shù)的開發(fā)利用起源于70年月初。經(jīng)過初期進(jìn)展、單機(jī)分散