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我国发展大型海上风电机组技术对策

2014-08-06    来源:中国节能网
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[ 导读 ]:  一、全球风力发电技术发展现状及趋势  (一)全球风电市场情况  由于风力发电在可再生能源领域中技术相对成熟、成本相对低廉,减少二氧
  一、全球风力发电技术发展现状及趋势

  (一)全球风电市场情况

  由于风力发电在可再生能源领域中技术相对成熟、成本相对低廉,减少二氧化碳排放效果显著,因而在全球得到了迅猛发展。在过去的10年间,风力发电在世界能源领域中一直保持着增一长最快的地位。1998年以来,全球风电装机容量年平均增长率为28.91% 2006年,全球有超过15016MW的新增装机容量并入电网系统,投资总额超过180亿欧元。2006年末,全球风电装机容量达到74306MW,(年均发电量约1.520亿KWh)。风力发电量已经占到世界总电量的0.8%以上。所发电力足够供应3000万个欧洲普通家庭或8200万居民的电力需求。

  欧洲风能开发和风电利用仍然走在}段界的前面。2006年末,全欧洲风电总装机容量为48545MW,占世界风电总装机容量的65%。2006年,欧洲风力发电量增长了19%,生产了100TWh的电力,等于全欧洲电力消耗的3.3%。

  从世界风电市场每年的份额来看,2004年欧洲占了75%,而在2006年,欧洲新增装机容量(7610MW)占全球新增装机容量的市场份额下降为51%。这说明全球风电市场已经摆脱了对欧洲市场的依赖,其它地区正在逐步赶上来。欧洲之外,北美洲和亚洲风电的增长势头最强劲。2006年亚洲新增装机容最为3679MW,累积总容量达到10600MW,印度2006年新增1840MV,总装机容量为6270MW,是亚洲第一风电大国。中国2006年新增1337MW,比2005年底总世界上第六位。迄今为止,世界上己有70多个国家在积极开发和应用风电资源。

  目前,由于风电场建设项目增加过快,风电设备出现供不应求的现象。特别是轴承、齿轮箱、发电机等关键部件不能满足主机厂的供货需求,影响了风电场的建设速度。预计今后五年,风电市场的增长率会徘徊在17%左右,最大的市场在北美洲和欧洲,亚洲的中国和印度也是很大的市场。2006年欧洲建设了两个(共198MW)海上风电场。今后,新建的海上风电场将出现在英国、爱尔兰、瑞典、荷兰、德国和比利时。

  随着风电关键技术的发展和机组性能的逐步改进与提高,风电机组越来越经济和高效,风电项目开发的成本和运行费用有了大幅降低。单就过去5年而言,风能开发利用的成本已经下降了20%目前风电成本约为4.04欧分/kWh,预计2010年度电成本将下降至3欧分/kWh, 2020年降低至2. 34欧分/kWh。

   随着国际能源形势的日益严峻和可再生能源发电成本的逐步降低,风力发电己经成为解决全球能源问题不可缺少的重要措施和途径。欧洲风能协会和绿色和平组织共同出版的“风力12”,向世人展示了全球未来风力发电的前景。该报告预测:到2020年风力发电将占世界电力总量的12%,其市场发展前景是十分光明的。

  (二)全球风电产业发展现状

  目前,世界风电机组制造企业不断集中与合并,形成了由数家大型风电制造企业控制或垄断全球风电市场的局面。据统计,世界排名前十位的风电机组制造企业占据了全球95.2%的市场份额。同时,许多大型跨国公司也纷纷以并购或重组等方式加入到了风电制造领域,如:丹麦的Vestas公司兼并了丹麦第二大风电机组制造公司NEG Micon公司;美国通用公司收购了德国安然风电公司:德国Siemens公司收购了丹麦Bonus公司和德国FLENDER控股有限公司。
2006年世界前十位风电设备制造公司在全球市场上的份额见表1,十大风电机组制造公司主要来自全球装机容量排名前四位的风电大国,Vestas一直处于领先地位。
2006年世界前十位风电设备制造公司当年的主要业绩如下:
1、Vestas (4239MW )
在2006年,无论是当年新增装机容量还是累积装机容量,Vestas都是全球第一。它在全球的市场份额从2005年的27.6%增加到2006年的28.23%。该公司2006年是英国和葡萄牙市场的第一大供应商,并在全球其它风电的大市场中位居前三名。
2,  Gamesa ( 234}MW )
Gamesa公司是2006年全球第二大风电设备供应商。该公司占全球市场份额的15.6%,比2005年增一长了2.8个百分点。Gamesa公司在西班牙市场份额中占了50.6%,在本国和意大利市场中保持领先地位。同时,该公司又活跃在埃及、墨两哥和摩洛哥等新出现的市场。
3, GE  Wind(2346MW)
虽然GE在全球市场的份额从2005年的17.5%下降到2006年的15.59%,但GE现在却是全球第三大风电设备供应商。在2006年,GE是美国和加拿大市场的第一大供应商。
4, ENERCON(2316MW)
2006年,Enercon公司在全球的市场份额是15.4%,比2005年(14.2%)增加了1.2%。该公司的直驱式风电机织产品在2006年的德国市场上销售景第一,在印度市场上销售量第二,发展前景看好。
5, Sozlon En}rgy(1157MW)
该公司在全球市场上的份额从2005年的6.1%增加到2006年的7.7%,位居世界第五。Suzlon公司是印度市场的第一大供应商,并己经进入中国和美国市场。该公司近来收购了德国Repower公司30%的股份,并将总部般到荷兰的阿姆斯特丹。
6,Siemens  Wind(1103MW)
西门子风能公司是世界第六大风电设备供应商。它在全球的市场份额从2005年的5.4%上升到2006年的7.3%。该公司的2.3MW风电机组在海上风电场应用较多。
7、Nordex公司
该公司2006年安装了505MW的风电机组,是法国风电市场上的最大供应商。德国第一台海上风电机组也是由该公司供货的。
8、Repower (480MW)

  该公司是2006年德国、法国和英国市场上的第二大供应商。也是中国风电技术的主要支持者。

  9, Acciona(426MW)
200E年新进入世界前十名的西班牙风电设备供应商,也是西班牙风电市场的第二大供货商。

  10,  Goldwind(41fiMW)
金风公司是2006年中国市场上最大的风电设备供应商,该公司750kW定桨距风力机成为近年来中国各地风电场建设的主力军。该公司是第一次进入世界前十名的中国风电设备供应商。

  排在前十名之后的是西班牙的Ecotachia和日本的MHI风电公司,在过去的十年中,这两个公司一直都是位列全球前十名之内的风电设备公司。

  随着风力发电的迅速发展,欧洲风电场建设己呈现山从陆上移向近海的趋势。由于海上风电机组对噪音的要求较低,因此采用较高的叶尖速度可降低机舱的重量和成本。国外除对海上风电机组根据海上特点进行特别设计和制造外,还对海上风电场的开发与建设也做了很多研究,包括对海上风电场的风资源测试评估、风电场选址、基础设计及施工、风电机组安装等,研制了专门的海上风资源测试设备、安装海上风电机组的海上安装平台和专门用于风电设备运输的海上安装 运输船。20Q6年欧洲新建两个海上风电场〔198MW),到2006年底,欧洲已建设了近900MW的海上风电场,推动了海土风电场的规模化发展。

  德国、月麦、荷兰、美国、希腊等国家加快制定和完善了风电技术标准,建立了认证体系和相关的检测与认证机构,同时也针对市场发展拟定和实施了相应的保护性措施。自1988年国际电工委员会成立了IEC/TC88“风力发电技术委员会”以来,目前己发布了10多项国际标准,这些标准为保证产品质量、规范风电市场、提高风电机组的性能和推动风电发展奠定了重要基础。

  (三)全球风电技术发展现状和趋势

  近年来,由于大型风力发电机组运行可靠性问题己经基本解决,国际上将风电机组开发的重点逐步转移到了高效率、高性能的数兆瓦级实用型商品化机型。

  其中,变速恒频技术的应用得到了世界各大风电机组制造商和研究机构的高度重视。目前,变速变桨型双馈式3MW风电机组己经商业化运行,德国Repower公司研制的5MW的风电机组也已经在小批量试验运行。德国Enercon公司在开发直驱式风电机组方面居于领先地位,该公司已批量生产1.0MW和4.5MW的直驱型机组,其6MW原型机也已投入运行。芬兰公司Winwind己开发出1MW直径56米的半直驱型(混合型)机组,3MW的风电机组也己经在现场试验运行。德国Multibrid公司还专门为海上风电场开发出了5MW半直驱型(混合型)机组。预计欧洲在2020年将开发出ZOMW以上的风电机组。
目前风电技术的现状和发展趋势如下:

   1、风电机组单机容量持续增大

  目前,世界风电市场中风电机组的单机容量正持续增大,2006年全球安装风电机组的平均功率为1.42MW,比2005年增加了100KW。世界上主流机型仍然是三叶片、上风向、带增速齿轮箱的风电机组,其单机容量已经从2000年的500-1000kW提高到了2006年的2-3MW,   2006年4.5MW、5MW的风机己投放风电市场,6MW的风力机也进入运行阶段,2D06年已经有公司着乎lOMW以上风力机的设计和研制,15MW机组也已开始概念设计。

  2、变桨矩‘变速恒频功率调节技术迅速发展

  由于变桨矩功率调节方式具有载荷控制平稳、安全和高效等优点,近年来在大型风电机组上得到广泛采用。结合变桨距技术的应用以及电力电子技术的发展,大多风电机组开发制造厂商开始使用变速恒频技术并开发出了变桨变速恒频风电机组,在风能转换上有了进一步完善和提高,在市场上得到快速推广应用2006 年全球所安装的风电机组中,有92%的风电机组采用了变桨变速恒频方式,而且比例还在逐渐上升。与此同时山于失速型功率调节技术相对简单、成本低,失速和主动失速功率控制技术仍在继续完善和发展。

  3、双馈异步发电型变速恒频风电机组技术成熟

  以Vestas公司V80, V90为代表的风电机组采用此技术,目前仍然国际上的主流风电机组产品。目前利用该技术的机组单机容量已经达到5MW,欧洲正在开发1OMW的风电机组,15MW机组已开始概念设计。双馈异步发电型变速恒频风电机组在全球风电市场中所占的份额最大。

  4、直驱式、全功率变流技术正在发展

  无齿轮箱的直驱方式能有效地减少由于齿轮箱问题而造成的机组故障,可有效提高系统的运行可靠性和寿命,大大减少了维护成本,得到了市场的青睐。2006年,ENERCON公司生产的直驱式风电机组在德国市场销售量第一。伴随着直驱式风电系统的出现,全功率变流技术得到了发展和应用。应用全功率变流的并网 技术,使风轮和发电机的调速范围扩展到0至150%的额定转速,提高了风能的利用范围。与此同时,半直驱式风电机组也出现在世界风电市场上。

  5、大型风电机组部件的性能得到提高

  随着风电机组的单机容量不断增大,齐部件的性能指标都有了提高,国外己研发出3000V-12OOOV的风力发电专用高压发电机,使发电机效率进一步提高,高压三电平变流器的应用大大减少了功率器件的损耗,使逆变效率达到98%以土;某些公司还对桨叶及变桨矩系统进行了优化,如德国ENERCON公司在改进桨叶后使叶片的Cp值达到了0.5以上。

   6、研究智能化控制技术,提高风电机组的可靠性和寿命

  影响风电机组及部件的可靠性和寿命的主要因素之一是风电机组的极限载荷和疲劳载荷。与整机设计技术结合,研究风屯机组的最优运行和控制规律,通过智能化的控制技术减少和避免风电机组运行在极限载荷和疲劳载荷,是风电控制技术发展的主要方向之一。

  7、风电场建设和运营的技术水平日益提高

  随着投资者对风电场建设前期的评估和建成后运行质量的要求越来越高,国外已经针对风资源的测试与评估开发出了许多先进测试设各和评估软件。在风电 场选址,特别是微观选址方面已经开发了商业化的应用软件。在风电机组布局及电力输配电系统的设计上也开发出了成熟软件。国外还对风电机组和风电场的短期及长期发电量预测做了很多研究,精确度达到了90%以上。

  8、海上风电技术成为主要发展方向

   陆地上的风电场设备和建设技术基本成熟,今后风能技术更新发展的主要驱动力是来自蓬勃崛起的海上风电场建设。如何以最高效的方式生产5MW以上大容量 风电机组将是技术发展的焦点。涉及到的关键技术包括:可靠的轻质量机舱设备;先进的大尺寸叶片成型工艺技术:优化海上风电设备的基础结构;海上风电设备安装、运输和维护设各的改进;海上风电站高压发电和传输技术海上漂浮式风电站技术等。

  二、国内风力发电产业发展现状

  (一)国内风电市场情况
1、国内市场概况:

  2006年中国除台湾省外累计安装并网风电机组3311台,总装机容量259.9万kW,建成风电场91个,分布在16个省(市、区、特别行政区)。与2005年累计装机126.6万kW相比,2006年的累计装机齐量增氏率为105%。2006年风电上网电量估计约25.3亿kWh。
2006年中国除台湾省外新增风电机组1454台,装机容量133.7万kW。与2005年当年新增装机50.3万kW相比,2006年当年新增装机增长率为166%。

  2、2006年新增市场份额:

  中国内资企业产品占4l.2%,新疆金风的份额最大,占当年全国新增装机容量的33.3%,内资企业产品的80.8%。
合资企业产品占新增总装机的3.79%,全部由中国与西班牙合资的航天安迅能一家公司制造。
外资企业产品占55.1%,丹麦Vestas的份额最大,占新增总装机的23.6%,外资企业产品的42.8%。

  3、2006年累计市场份额:

  中国内资企业产品占30.8%,新疆金风的份额最大,占累计总装机的25.7%,内资企业产品的83.4%,合资企业产品占3.3%,中西合资的航天安迅能份额最大, 占累计总装机的1.9%,合资企业产品的58.1%,外资企业产品占65.9%,丹麦Vestas的份额最大,占累计总装机的18.7%,外资企业产品的28. 4%。

  4、  2006年市场上的主流机型

  2006年在中国市场上的主流机型是金风公司生产的单机功率为750KW失速型风电机组和其它国内厂家和外资企业生产的1.5MW变桨距变速型风电机组,最大单机功率为2MW。

   5、市场前景

  按国家发改委的规划,到2010年全国风电总装机容量为500万千瓦;到2020年全国风电总装机容量为3000万千瓦;中国有16个省市正在建设和规划风电场,发展 势头迅猛、市场潜力很大。从目前发展趋势看,上述规划目标都将被大大突破。

  业内专家预计到2020年全国风电总装机容量会达到1000万千瓦;到2020年全国风电总装机容量可望达到4500万千瓦以上。中国风电市场的发展前景非常诱人。

   6、风电设备供不应求

  同时,我们也应清醒地看到由于我国风电技术水平、制造能力与国际先进水平差距较大,目前还满足不了国内风电场建设的需要。

  我国风力机制造商虽然掌握了定桨距、兆瓦级以下大型风电机组的制造技术,但市场对风电机组的需求不断提高,兆瓦级以上、变桨变速的机型己经成为新 建风电场的主流机型。我国少数风力机制造商虽然能够制造1.5兆瓦级风电设备,但生产批量小、供货能力不足。因此,我国新建风电场对风力发电机组的需求己经超出了目前我国风力发电设备制造商的技术水平和生产能力,部分风电设备不得向外资企业购买。
 
关键词: 技术电机
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