大型风力机调研

1、发展风电并大型化的意义1风电是实现节能减排目标的重要选择经过几十年发展，风力发电已成为国际上公认的技术最成熟、开发成本最低、最具发展前景的可再生能源之一。许多国家把风电作为改善能源结构、应对气候变化的重要选择。在欧美等风电开发起步较早的国家，风电在替代常规化石能源、减少温室气体排放等方面已发挥了巨大作用。根据BTM公司2011年风电发展报告，2011年丹麦、西班牙、德国的风电电量占本国总用电量的比例分别达到28.5%、15%、和10.6%。就欧洲整体而言，2011年风电电量比例达到6.3%，其中德国有四个州比例超过40%，西班牙部分省接近100%。通过提高风电电量在全社会用电量中的比例，逐步减

2、少常规化石能源消耗，已成为全球范围内减少温室气体排放、应对气候变暖的重要途径。到2020年非化石能源占一次能源消费的比重将达到15%。为实现这一目标，风电必将发挥更重要的作用。2风电在能源发展战略中起重要作用近年来，随着全球能源资源和环境问题的突出，特别是以变暖为重要特征的全球气候变化的日趋明显，风电越来越受到世界各国的高度关注和重视，并且在各国共同努力下得到了 快速的发展，目前全球风电装机容量已经超过了1亿千瓦，风电已经成为世界能源的重要组成部分，特别是在全球风电市场的强劲拉动下，风电产业发展很快，风电装机容量迅速增加，风电单机容量不断扩大，风电的安全性和可靠性明显提高，各方面投资风电的积极

3、性空前的高涨。经过多年持续的努力，风电已经处于由小规模补充能源向大规模主要能源转变的重要发展阶段，面临着发电技术与常规可控能源发电技术的融合问题，这不仅有人们观念和理念上的问题，而且有技术和管理上的制约和矛盾，更是经济效益和各种利益关系的重要调整阶段，我们必须要充分认识风电发展所面临的新的矛盾和问题，采取更加务实和科学的态度来可持续的推动风电产业的持续发展。3.风电带动新的装备制造业发展风力发电机的制造和维护，在今后也将成为一种新兴的机械制造业，成为世界主要机械制造业之一。风力发电机制造业的发展又势必拉动大、中型锥钢管、钢钣等冶金行业，增强塑科、复合材料行业，发电机行业等的发展，也势必推动大容

4、量、小体积、高效率、免维修、寿命长的蓄电池早日问世。风力发电、风力发电机的发展及其拉动的各行业的发展，必定为世界各国数以万计的人创造就业机会。关键部件发展现状与欧美等发达国家相比，虽然我国近年风电产业发展迅速，但由于我国风电产业总体上发展较晚，风资源评价、规划和管理滞后，风电发展与电网规划和建设不协调，风机研发能力不足、制造基础薄弱，价格和税收等政策不够完善，技术标准系统不健全，自主知识产权比重较低。1.叶片叶片作为风机的关键部件，占风机成本约20%。世界风力发电进一步向大功率、长叶片方向发展。随着叶片长度的增加，对增强材料的强度和刚度等性能提出了新的要求，玻璃纤维在大型复合材料叶片制造中逐渐

5、显现出性能方面的不足。国外风电叶片生产商早已着手在大型叶片的制造中使用碳纤维。目前，世界最长叶片是西门子采用IntegralBlade工艺由玻纤增强环氧树脂闭模一体成型的75米叶片。 我国已经能够规模生产与1.5MW和2MW风电机组配套的叶片，但与国外企业相比仍存在差距。国内企业叶片价格低于国际市场同类产品，产品质量在近几年已经明显提升，叶片设计制造水平有了大幅提高，在研发新产品方面也进行了大量尝试，国内企业生产的75米叶片也于2012年四季度研制。目前，国内市场上综合实力较强的碳纤维风电叶片制造企业主要是：以LM、VESTAS等为代表的外资企业和以保定惠腾、中复连众、天津东汽等为代

6、表的本土企业。碳纤维在叶片领域的应用为风电叶片生产企业提供了新的经济增长点，各大叶片制造商正在从原材料、工艺技术、质量控制等各方面进行深入研究，以求降低成本，使碳纤维能在叶片制造领域得到更多的应用。 目前，我国水平轴风力机专用翼型的研究还停留在航空翼型阶段,对叶片荷载、气动特性(失速、噪声、尾迹等)、疲劳等关键性问题进行了基础性研究，但对水平轴风力机专用翼型的研究还处于起步阶段。2.轮毂轮毂是风力发电机中连接主轴和叶片的关键部件。由于轮毂结构形状复杂,当其承受叶片传来的各种静载荷和交变载荷时,在轮毂法兰盘处很容易引起应力集中。在大型风力发电机组中轮毂的重量占风力发电机组总重的30%左右，其重要

7、性随着风力发电机组容量的增加，而愈来愈明显。目前，风力发电机组设计与制造主要依据以下结构设计标准：1）Guideline for the Certification of Wind Turbines Edition 2003,简称GL标准。2）IEC61400-1国际标准。3）中国风力发电机组规范2008，此标准来源于GL标准，它是国内风机产品认证标准。国内按照上述标注对轮毂结构设计。国内企业主要采用引进技术的方式消化吸收轮毂的设计方法，制造出国产的轮毂，随着风机向更大功率方向的发展，急需总结一套成熟的轮毂设计分析方法。风力发电机轮毂,本体材料采用低锰、低硫的球墨铸铁通过复合孕育和半封闭的底注

8、式浇注工艺制作而成。采用这种加工工艺而成的风力发电机轮毂不仅能更好地满足系统对机械性能的需要,而且不存在超过标准规定的缩孔、缩松、气孔、夹杂物以及表面微裂纹等铸造缺陷。利用先进的检验设备配合数控机床进行加工，弥补机床加工的盲点，通过复杂的核算，确定最佳工艺方案加工，目前国内初步掌握了风电轮毂的加工过程。3.齿轮箱风电齿轮箱作为风电机组的核心部件，是整个风电机组中成本较大的部件之一，大约占风电机组总成本的18%左右，而且是风电机组中的薄弱环节之一。箱体、行星架、输入轴等结构件的加工精度对齿轮传动的啮合质量和轴承寿命等都有十分重要的影响，装配质量的好坏也决定了风电齿轮箱寿命的长短和可靠性的高低。高

9、品质、高可靠性风电齿轮箱的获得，除了先进的设计技术和必要的制造装备外，离不开制造过程每一个环节的严格质量控制。国外兆瓦级风电齿轮箱是随着风电机组的开发而发展起来的，RENK，FLENDER 等风电齿轮箱制造公司采用将先进的设计技术与试验测试相结合的方法，大大提高了产品的经济性和可靠性。我国风电行业目前对齿轮箱的设计开发的深入研究尚处于起步阶段，相关的运行调试经验和基础数据还比较匮乏，这些因素都制约了我国风电事业的快速发展，但随着时间的推移，这些问题将会得到很大程度的改善。自2007年开始，我国风电齿轮箱行业进入快速发展的轨道，以南京高速齿轮箱有限公司为代表的齿轮箱厂或是增强自身的研发能力，或是

10、扩大自身的产能。尽管如此，我国风电齿轮箱仍是风电设备国产化中的薄弱环节。虽然多数厂家通过各种渠道与国外先进的设计公司进行合作，但在设计的水平，经验的积累和人才的储备方面仍需不断的努力。4.发电机系统4.1 恒速风力发电机系统恒速风力发电机系统采用笼型异步发电机。笼型异步发电机系统结构简单、成本低且可靠性高。在风力发电发展的初期,笼型异步发电机得到了广泛的应用,有效地促进了风电产业的兴起。4.2有限变速风力发电机系统有限变速风力发电机系统采用绕线式异步发电机，发电机的转差率可增大至10%,实现有限变速运行,提高输出功率。同时,采用变桨距调节及转子电流控制,以提高动态性能,维持输出功率稳定,减小阵

11、风对电网的扰动。然而,由于外接电阻消耗了大量能量,电机效率降低。定转速和有限变速发电只能在某一风速下工作于最大出力点，不能实现最大风能的捕获，效率低，且可靠性不高，将逐步退出历史舞台。4.3变速风力发电机系统1)有刷双馈异步发电机由双馈异步发电机构成的变速恒频控制方案使原动机转速不受发电机输出频率限制,而发电机输出电压和电流的频率、幅值和相位也不受转子速度和瞬时位置的影响,相对于绕线式发电机,双馈发电机的转子能量没有被消耗掉。目前大多数大可变速风力发电系统都采用这种方式,例如Vestas,Gamesa,GE,Nordex等公司都有此类产品。励磁控制技术和双向并网发电控制技术,对于双馈异步发电机

12、系统而言,是至关重要的难点之一。双馈发电机系统具有的缺点:存在多级齿轮箱及滑环、电刷,不可避免地带来摩擦损耗,增大了维护量及噪声等；在电网故障瞬间,骤然变大的定子和转子电流要求变换器增加保护措施,增大了软硬件投入,而且大的故障电流增加了风力机的扭转负荷。2)电励磁同步发电机电励磁同步发电机变速恒频直驱风力发电系统,逆变器的直流侧提供电机转子绕组的励磁电流,整流逆变装置的容量需要与发电机容量相等。采取直驱方式,发电机运行在低速状态,其电磁转矩相对较大,同时发电机极对数较多,意味着发电机的体积也较大。但由于省去了齿轮箱,系统的效率和可靠性都得到了提高。变换器为全功率变换器,在整个调速范围能使并网电

13、流平滑,具有噪声低、电网电压闪变小及功率因数高等优点。该系统主要缺点是系统成本较高,功率变换器损耗较大。3)永磁同步发电机永磁同步发电机变速恒频直驱风力发电系统无需外加励磁装置,减少了励磁损耗;同时它无需电刷与滑环,因此具有效率高、寿命长、免维护等优点。在定子侧采用全功率变换器,实现变速恒频控制。系统省去了齿轮箱,这样可大大减小系统运行噪声,提高效率和可靠性,降低维护成本。所以,尽管直接驱动会使永磁发电机的转速很低,导致发电机体积很大,成本较高,但其运行维护成本却得到了降低。采用直接驱动永磁发电机具有传动系统简单、效率高以及控制鲁棒性好等优点,因此具有越来越大的吸引力。目前已有多家公司可以提供

14、商业化的多极永磁风力发电机系统,如Enercon,WinWind等公司。该系统的主要缺点是永磁材料价格较高,且在高温下易被去磁,功率变换器容量与发电机容量相同,变换器成本较高。随着风机单机容量的增大,齿轮箱的高速传动部件故障问题日益突出,于是没有齿轮箱而将主轴与低速多极同步发电机直接相接的直驱式布局应运而生。但是,低速多极发电机重量和体积均大幅增加。4)半直驱永磁同步风力发电系统半直驱永磁同步风力发电系统在风力机和永磁同步发电系统之间增加了单级齿轮箱, 采用折中理念，综合了DFIG和直驱PMSG系统的优点。与DFIG系统相比,减小了机械损耗;与直驱PMSG系统相比,提高了发电机转速,减小了电机

15、体积。采用全功率变换器,平滑了并网电流,电网故障穿越能力得到提高。成本是制约其发展的关键因素，通过对发电机进行优化设计,可以降低发电机的材料成本。而且该差价能从机组运行和维护费用的节约及年发电量的增加中得到补偿。同时永磁发电机外径越大越经济,但需考虑到运输条件的限制。采用单级齿轮箱驱动的永磁同步发电机组,由于齿轮箱的损耗比三级增齿轮箱明显减少,具有很好的应用前景。当前在风力发电的商业市场上占统治地位的毫无疑问是双馈感应发电机和多级增速齿轮概念。但永磁直驱发电机有望逐渐成为大型风力发电机组的主流,并与DFIG风力发电机组竞争。对海上风电场来说,体积巨大的直接驱动风力发电机并不会明显增加运输和吊装

16、方面的难度。基于全功率变换器的变速风力发电系统能够更有效地处理例如低电压穿越等问题。另外,海上风电场对风力发电机组的可靠性和可维护性要求更高,因此直接驱动概念或将首先在海上风电场获得大规模的应用。由表4可见,大部分制造商采用了齿轮箱增速的风力机类型。Vestas,Gamesa,GE wind, Repower,Nordex,Ecotecnia等公司制造的风力机采用了双馈感应发电机及多级增速齿轮箱。表4的统计表明,当前在风力发电的商业市场上占统治地位的是双馈感应发电机和多级增速齿轮概念,而最常用的发电机为感应电机,包括双馈感应电机和鼠笼感应电机2种形式。5.变流器目前在变速恒频技术中，双馈型风力

17、发电系统和同步直驱型风力发电系统已成为主流。典型的双馈型变速恒频风力发电系统包括多级齿轮、双馈感应发电机和背靠背双PWM变流器。同步直驱风力发电系统中同步发电机输出频率和电压随转速变化的交流电，经背靠背变流器系统接至电网。近年来，国内在兆瓦级风电变流器的研发上也取得了较大进展，但还需接受用户长期现场运行的考验。其中，直驱型2MW级全功率变流器已开始小批量投产，和产业化过程之中。6.轴承国际上著名风电轴承公司主要有德国Rothe Erde、法国Rollix、瑞典SKF、德国Schaeffer、美国Timken和日本NSK等，在全球市场占据统治地位。SKF、Schaeffer和Timken等还与国

18、内风电主机企业签订了战略联盟关系，全面供应配套风电轴承。近年来，国产风电轴承逐渐形成了规模化、系列化生产，主要企业有瓦轴、天马、洛轴、徐州罗特艾德以及大冶轴等，还有轴研科技、方圆支承、上海联合和西北轴等，不仅满足了国内的需求，而且也成为国外一些风电设备厂家的采购渠道。风电机组中偏航轴承和变桨轴承的技术门槛相对较低，而主轴轴承和增速器轴承的技术含量较高。因此，目前国内风电轴承企业的产能主要集中在偏航轴承和变桨轴承上，3MW以下风电机组配套轴承均可批量生产，国产替代率已达到80% 以上，年产能已达4.5万套以上。目前，千瓦级风力发电机用轴承的制造厂家已较多，而兆瓦级的还只有少数厂家有制造能力。国内

19、目前能够配套的风力发电机用轴承主要还是偏航和变浆系统用回转支承，主轴轴承目前只有极少厂家进行了试制。另外，虽然部分厂家已能提供兆瓦级偏航和变浆系统用回转支承，但还是小兆瓦级。制约我国风电设备发展的因素有很多，其中风力发电机用轴承对于风力发电机装备发展的影响日渐突出。以期待更多的技术创新和工艺改进，解决瓶颈问题，充分利用资源，缩小与世界之间的差距。7.塔架风电塔架制造在风力发电产业链中属于上游产业，其作为重要分支，随着风电产业的高速发展得到了长足的发展。我国有约100多家各种类型风电塔架生产企业，数量众多，水平参差不齐。风电塔架企业分为专业风机塔架制造商和非专业风机塔架制造商，其中，专业风机塔架

20、制造商较少，非专业风机塔架制造商较多。风机塔架行业目前无需特殊的许可证或授权，对于国内钢结构生产企业来说，低端(1.5MW级别及以下)风机塔架没有非常高的技术门槛。由于风电行业处于高速发展阶段，风机塔架市场容量较大，可能会导致很多新进企业以低价格投标竞争，行业面临无序竞争局面。目前，高端风机塔架(2MW级别及以上)产品利润率相对较高，泰胜风能和天顺风能两个企业2MW级别及以上风机塔架的市场份额超过95%，产品集中度较高。目前，风力机塔架总的来说由两种型式：圆筒式和格构式。现代大型风力发电机组普遍采用的是圆筒型塔架。随着风电机组的大型化和海上风电的发展，衍生出一种混合结构塔架。8.基础我国风机基

21、础设计总体上可划分为三个阶段，即2003年以前小机组基础的自主设计阶段，2003-2007年MW机组基础设计的引进和消化阶段，2007年以后MW机组基础的自主设计阶段。中国水电工程顾问集团公司作为我国水电和风电的前期工作技术归口管理单位，于2007年9月发布了风电机组地基基础设计规定（FD003-2007）1，并同期推出了配套的设计软件。由于规范的统一指导和风电产业的不断成熟，并经过我国项目业主和勘测设计单位的共同努力，现在风机基础设计已步入自主设计的轨道。存在的问题或技术瓶颈1.叶片关于材料各方面基础工作做的不够，其中包括疲劳性能的研究不足。其次，目前叶片大型化发展，对制作材料的要求更高。再

22、者，叶片需要20年的使用周期，从2008年至今已经出现了大量叶片非正常非寿命周期断裂或者其他的问题。成本高昂。2.齿轮箱我国在结构件的加工和装配精度等方面从重要性认识到装备水平都与国外先进水平有一定的差距。由于国内风电齿轮箱的研究起步较晚, 技术薄弱, 特别是兆瓦级风电齿轮箱，主要依靠引进国外技术，因此，急需对兆瓦级风电齿轮箱进行自主开发研究，真正掌握风电齿轮箱的设计和制造技术，以实现风电机组国产化的目标。由于风电齿轮箱容量的发展，零部件的设计标准已经不能适应大功率化的要求。3.发电机直驱式发电机的在成本及技术领域具有较大瓶颈。4.变流器我国大型风力发电技术自主水平相对滞后，变流器、控制系统、

23、高性能齿轮箱与轴承的关键技术等还主要依赖于国外进口。当前，陆地风力发电机组主力机型的单机容量以1.5 MW、2 MW为主，在这一功率等级及以上的全功率变流器几乎被国外产品所垄断，严重制约了我国风电产业的发展。为应对风力发电的迅速发展和装机容量的增长，亟需推进我国风电设备行业的自主创新能力，从而提高国产技术和装备的竞争能力。5.轴承轴承制造是目前风电机组产业供应链中的主要瓶颈。材料的好坏是决定风电轴承的最重要因素，我国风电轴承与国外差距，材料是主要因素，其次为风电轴承设计、工艺水平和工艺装备。目前，部分失效造成风机停机，增速器占20% 左右，是风机部件中比例最高的，而风机增速器的故障80%起源于

24、有缺陷的轴承。因此，对风机增速器轴承和主轴轴承的可靠性的研究，已成为当前风机行业的难点和重点，应密切关注和跟进一些前沿技术。6.塔架和基础持续的无序竞争对整个塔架行业带来极大的负面影响，缺乏行业准入制度及产品标准，原材料问题也是将来可能制约塔架行业发展的一个关键因素。2005年以前不少基础设计是由厂家提供标准图，设计单位修改还必须得到厂商的批准，导致我国风电项目建设多方受制于人；有的设计照搬有关技术规定，未充分考虑风力发电工程本身的特点，工程建设管理上疏忽等问题。发展趋势和技术路线1.叶片现代大型风力机的发展趋势是采用高强度轻质大容量叶片，主流机组已普遍采用玻璃纤维增强复合材料（GRP）。为了

25、保证在极端风载下叶尖不碰塔架，叶片必须具有足够的刚度。减轻叶片的重量，又要满足强度与刚度要求，有效的办法是采用碳纤维增强。碳纤维复合材料叶片是风机轻量化、大型化的必然趋势，且碳纤维复合材料具有维修性好、疲劳强度高、耐候性优良等特点。对更大的 5-10M W 风力机来说，由于强度与刚度要求更高、自重更大，叶片设计适宜采用碳纤维材料。2010年中国海上风电开发的序幕全面拉开，海上风电装备制造业迎来历史性发展机遇。海上风电发展要求更轻质、更抗拉力、更耐腐蚀的新材料设备，碳纤维是不二之选。中国的碳纤维产业经历了由探索起步阶段到成长阶段的转变，逐渐步入持续、快速发展的良性轨道。预计在未来3-5年，碳纤维

26、风电叶片制造的技术水平将不断完善，市场需求也将进一步扩张，中国碳纤维风电叶片市场发展前景广阔。2.齿轮箱为了提高风能利用率和发电效益，风力发电机组正向着增大单机容量、减轻单位千瓦质量、提高转换效率及机组可靠性等方向发展。因此大兆瓦级的风电机组将逐渐成为未来研发的重点，而其中最重要的问题就是如何选取适合发展需求的齿轮箱技术路线。技术路线：备受关注的IEC61400-4已经公布，从中国风能协会主办的讲座上获知，IEC61400-4参考了新的标准，在有些被证明非常重要的章节增加了内容，相对于ISO81400-4，增加了不同传动链形式的细节，考虑了更多的失效情况，在载荷计算的步骤上增加了更多信息，考虑

27、了特殊运行状态进行设计，使载荷情况能覆盖所有运行条件。相对于GL Guideine，IEC61400-4 增加了背景信息，比GL要求的条件更严格。可以预见，随着相关设计标准的公布，风电齿轮箱设计技术将随之进一步发展。为了减小风电齿轮箱的体积和重量， 总体上讲，2.5MW以上的齿轮箱通常采用功率分流或柔性轴等技术。根据不同的评判标准可以将风电齿轮箱所采用的技术路线划分为不同的类型：从采用的不同齿轮类型角度可将风电齿轮箱划分为平行轴技术路线和行星轮技术路线；从采用不同的设计理念角度可划分为传统技术路线、功率分流技术路线、柔性轴技术路线以及采用功率分流与柔性轴相结合的“融合技术路线”；还有一类即是从

28、外形尺寸上可将齿轮箱大致划分为短粗型如RENK齿轮箱，和细长型如BOSCH齿轮箱。1)行星轮系与平行轴相结合的三级式技术路线此技术路线的主流布局是一级行星加两级平行轴或两级行星加一级平行轴两种结构，是目前国内产量最大和应用范围最广的齿轮箱。国内多家风电齿轮箱生产厂家均以此种技术路线为主流产品。该技术路线的特点是采用功率串联的三级定速比传动。由于该技术路线自身的最大容量有一定的限制，因此不能满足未来不断增大的风电机组容量的需求。该类技术路线目前大多用于1.5MW-2.5MW 的风电机组。2)复合行星齿轮技术路线该技术路线的典型布局是德国RENK公司的齿轮箱，国内多家齿轮箱厂已引进了该技术，但目前

29、还没有在国内风场大规模应用。该技术路线的特点是可以有效地减小第一级齿轮传动所产生的振动；最后，由于该技术路线的结构特点，齿轮箱维修起来较其他齿轮箱技术路线更为便捷，可以从高速轴方向将内部零件全部抽出进行更换或维修。 根据相关资料，该技术路线的最大功率能够达到5MW。3)柔性轴技术路线该技术源于多年前的专利技术，近几年来柔性轴技术在风电齿轮箱行业中迅速升温，多家国外公司纷纷在国内进行技术转让或项目合作。从该技术路线主要是通过调整行星轮系中行星轮的适应性来解决行星轮系的均载问题。据相关资料显示，如果该技术运用得当，行星轮系的均载系数能够达到1.04 左右，因此柔性轴技术的优势还是相当明显的。但是该

30、技术对于加工和装配精度要求严格，能否达到预期的设计效果与生产厂家的生产能力密切相关。4)功率分流技术路线如何实现在齿轮箱承载能力最大时齿轮箱体积和重量最小，即功率密度最大化的目的，是所有齿轮箱设计者的最终目标。而功率分流技术为该目标的实现提供了一条便捷途径。在风电齿轮箱行业中，采用功率分流这一设计理念具有代表性的技术路线主要是MAAG 和BOSCH。主要用于3MW及以上的风电齿轮箱。5)“融合技术路线”该技术路线融合了柔性轴和功率分流两种技术路线的典型优势，使齿轮箱功率密度最大化的目标更易实现。目前，JAKE的5MW和6MW齿轮箱即采用了该种技术路线。综上，风电齿轮箱技术路线的演变过程及其对比

31、总结，如下表所示：展望：风电齿轮箱行业未来将向着逐渐消化从国外引进的先进技术，不断建立国内风电行业的自身研发能力的方向发展。但随之而来的是，如何在前人的基础上少走弯路，如何在众多的齿轮箱技术路线中选取适合未来发展方向的布局将成为首要问题，该问题将直接决定着企业产品的生命力和竞争力。随着近几年海上风电产业的快速发展，风电齿轮箱的大功率化需求也越来越迫切。因此，如功率分流技术、柔性轴技术等先进设计理念必将成为风电齿轮箱行业未来发展的热点。如何最大限度地将本土生产的产品与国外引进的齿轮箱技术性能相吻合将考验着国内的风电企业，尤其是对于那些对加工和装配水平要求较高的技术路线，本土化将是一个曲折而漫长的

32、过程。3.发电机系统风力发电机与风力发电系统互为因果,相互促进。近年来风力发电系统的容量不断增大,特别是低速直驱永磁风力发电系统的快速发展,有力地促进了风力发电机的设计、制造、控制以及运行维护水平的提高,各种新型风力发电机不断出现。除了笼型异步发电机、双馈异步发电机、同步发电机和永磁同步发电机,各国研究人员从提高风力发电机组的效率和可靠性,降低大型发电机的制造难度等角度,还提出了其他一些具有商业化潜力的风力发电机,如开关磁阻发电机、爪极发电机、无刷双馈异步发电机、定子双馈电双凸极发电机、横向磁通永磁电机等。 基于双馈发电机的优点，构成的并网型变速恒频风力发电系统已经成为目前风力发电方面的研究热

33、点和发展趋势。而直驱型风电机组因其具有能量转换效率高、系统可靠性高、并网功率控制灵活等优点，成为了我国风电领域重要的研究和发展方向。另外，无齿轮箱的直驱方式能有效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。从整体来看，未来风力发电将形成以异步双馈及永磁直驱两种并网技术为代表的风电发展格局。4.变流器随着风力发电的快速发展和直驱式、半直驱风电系统的广泛应用，对变流器容量及可靠性要求越来越高。由于可控电力电子器件的蓬勃发展，变流器领域已逐步出现交-直-交变流器一统天下的局面。而为实现大容量、高质量输出波形及高可靠性，多电平变流器开始得到

34、应用，如中点二极管箝位多电平变换器、飞跨电容多电平变换器、级联H桥多电平变换器等通用多电平变换器等。变流器发展需要解决的关键技术：1）变流器拓扑形式、参数范围、保护与通信接口方式等电气性能的研究；2） 变流器控制技术；3） 变流器结构及散热设计；4） 低压穿越技术中的关键问题；5） 快速有效的不对称电压、电流检测技术；6） 变流器在电网电压跌落下的控制与保护策略；7） 风电机组应对电网故障进行无功补偿。风力发电变流器发展展望：1）高功率密度、通用模块化设计；2）电压电流等级不断提高，拓扑结构更加灵活多样；3）低压穿越问题研究逐步深入；4）解决电磁兼容问题。5.轴承工信部2010年10月印发了机

35、械基础零部件产业振兴实施方案，计划通过3年努力，使得我国重大装备基础零部件配套能力提高到70%以上。尤其是风力发电机增速器轴承、发电机轴承和主轴轴承配套能力提高，为功率1.5MW的风电机组配套，工作寿命20年，可靠度99%。因此，国内风电轴承制造企业应充分利用这一政策效应，跟踪主流机型发展动向，尽快掌握核心技术，在技术质量水平和自主知识产权上取得新突破，为我国的风电产业的高速、健康发展做出应有的贡献。如今安装的所有风力发电机中，75%-80%均采用主轴轴承支撑原理。传统的风力发电机轴承配置为双轴承支撑。现最新的主轴轴承配置解决方案为单轴承支撑。随着风力发电机的发展，大功率风力发电机成为市场发展

36、的趋势，较高的能量密度也成为各主机制造商争相追赶的目标，给轴承设计带来了极大挑战。风电轴承现在都是通用轴承，其中一部分要发展成为专用轴承，这是一种趋势。一定要做好个性化设计的研究工作。是否有能够在提高风力发电机功率的同时还能减轻重量并降低整个风力发电机的制造成本呢，成为主机厂商和零部件厂商所面临的日益紧迫的问题。有专利技术报道，磁悬浮技术能降低轴承摩擦阻力，提高风电效率与使用寿命。磁悬浮风电机组可在微风下运行，工作风速为1.536.9m/s（即1-12级风），风轮转动抗湍流能力强，展示了一个全新的发展方向。6.变桨技术随着风机的更新换代，使得几年前刚刚推出的变桨技术也在接近极限。因此必须寻求新

37、的解决方案。风机变桨控制面临的挑战极为复杂，既要确保风机效率，同时又要提高可靠性和安全性。10月15日，穆格公司宣布在中国正式推出新型风机交流变桨系统。该系统采用紧凑的模块化结构设计，在安全性、可靠性以及节省能源成本方面都具有显著优势。全新模块化设计能使变桨系统更易于与风机集成，大大减少系统的复杂程度。通过降低零部件总数及整体成本将帮助风机制造商和运营商缩短系统维护所需要的停机时间，从而进一步提高生产力。全新的风机交流变桨系统已成功运用于远景能源公司新型4MW海上智能风机。与同类产品相比，该风机发电能力可提高20%以上。7.海上风电技术由于陆上风电机受运输、安装等条件限制，单机容量2MW是风电机发展的极限，这主要是因为风电机容量达到2MW后，桨叶长度将达60-70m，陆上运输极为困难，安装用的吊车容量将超过1200-1400t。这使安装风电机的地点受到较大限制。通常，陆上风电场的成本构成为：风电机约占70%，基础设施(基础电网、道路等)约占30%。而海上风电场的成本构成为风电机约占30%，基础设施(基础、海底电缆等)约占70%。但海上风电场由于风力资源好，每年发电量可比陆上风电场高出50%。同时，大容量的海上风电机由于采用新技术，其成本下降，运行可靠性增加，运行成本降低，这样就可以做到发电成本等于或低于陆上风电场。3-5MW海上风电机，运输问