国内外风电技术发展趋势

国内外风电技术发展趋势

1国内外风电产业发展历史与发展趋势2国内外风电技术发展历史与发展趋势3对风电产业技术发展的思考与建议目录第一部分

国内外风电产业发展历史与发展趋势国内外风电产业发展历史风能是一种蕴藏丰富、分布广泛、清洁而可再生的能源，也是最重要的替代能源之一。风力发电技术，是产业成熟度最好、市场竞争力最强、最易实现商业化的可再生能源技术。风力发电无温室气体排放，是二氧化碳减排的有效技术，几乎适用于世界各地。世界风力发电累计装机容量全球风力发电装机容量正以每年20％～30％的速度快速增长。1998～2009年的12年间，风能累计装机容量的平均增长率达28.8％。在欧洲、北美和亚洲三大主力市场的驱动下，2009年世界风电新增装机容量为27261MW，增长率高达29.0%，高于过去10年的平均增长速度。2001-2010年全球新增装机容量（单位：兆瓦）2001-2010年全球总装机容量（单位：兆瓦）全球主要海上风力发电场分布经过10多年的发展世界海上风电技术日趋成熟已经进入大规模的开发阶段。风电场（国家）装机容量运行时间LynnandInnerDowsing(英国)194MW2008年NystedWindFarm(丹麦)166MW2003年EgmondaanZee(荷兰)108MW2006年ThorntonBank(比利时)30MW2008年ArklowBank(爱尔兰)25MW2004年Sams(芬兰)23MW2003年国际上推动风电产业发展的鼓励政策

全球已有70多个国家和地区都在大力发展风电，并制定了一系列鼓励政策来促进风电产业的发展，具体的政策如下：财政补贴政策研发资助政策认证制度强制购买政策政府目标规划国产化生产政策世界风电产业发展的总趋势世界风电装机容量发展迅猛据全球风能协会(GWEC)公布的1995～2007年统计数据,比较详实地揭示了世界风电装机容量的增长趋势。截至2006年底,世界风电装机新增装机容量为15.197GW,同比2005年增长31.8%,1995年以来平均年增长27.24%;世界风电装机累积容量已达74.223GW,同比2005年增长25.6%,1995年以来平均年增长28.35%.最近GWEC数据显示:2007年,世界新增风电装机容量为20.073GW,累积风电装机容量已达94.112GW,即将超过100GW的规模。世界风电产业发展的总趋势欧洲引领世界风电产业的发展

20世纪90年代起,欧洲制定了风电发展计划,确立了风电发展目标:2010年风电装机容量达到40GW,并要求其成员国基于此发展目标制定本国的发展目标与计划。欧洲已经成为世界风电产业发展最为活跃、规模最大的区域,代表了世界风电机组制造技术及产业发展的主导。世界风电产业发展的总趋势风电已成为世界主要替代能源之一步入21世纪,在欧洲风能发展计划的引领下,世界风电产业得到了巨大的发展。截至2007年底,在世界38个主要国家地区中,德国、美国、西班牙、印度、中国、丹麦等6个国家年度风电新增装机容量已超过GW;在世界风电累积装机容量中,德国、美国、西班牙、印度、中国、丹麦、意大利、法国、英国、葡萄牙、加拿大、荷兰、日本等13个国家已超过GW。世界风电产业发展的总趋势发达国家积极出台促进风能发展计划与政策全球气候变暖和温室气体减排是世界各国可持续发展面临的一个巨大挑战，发展风电产业实现可再生能源的高效清洁利用已成世界各国新能源发展的共同目美国、德国、英国、法国、丹麦、西班牙、印度、日本等国家,为促进风能发展,纷纷出台优惠政策,制定相应风电发展计划。我国风电产业的发展现状我国的风能资源丰富，储量居世界首位。可开发利用的风能储量约10亿kW，其中陆地上风能储量约2.53亿kW（陆地上离地10m高度资料计算），海上可开发和利用的风能储量约7.5亿kW，如果扩展到50～60m以上的高度，风力资源将有望增加到20亿～25亿kW，我国风能储量分布表如下（万千瓦）：

省份可开发省份可开发内蒙6180新疆3430黑龙江1720甘肃1140吉林640河北610辽宁610山东390江西290浙江160我国风电产业的发展现状2000～2009年中国风电装机容量（单位MW）

2005～2009年中国各地区新增风电装机容量（单位MW）2009年，华北地区新增风电装机容量7457.3MW，连续四年位居各区域之首。其他地区新增风电装机容量：东北（3021.9MW），华东（1579.89MW），西北（1275.8MW），中南（359MW），西南（55.6MW）中国各省风电累计装机情况中国各省风电累计装机情况（单位：MW）

2009年中国新增装机市场格局2009年我国华锐风电、金风科技和东方汽轮机有限公司继续保持市场“三甲”的位置。2009年华锐新增装机349.5万kW，金风新增装机272.2万kW，东汽新增装机203.6万kW，三家企业合计825.3万kW，占全国新增市场的59.8%，独据大半市场。排在之后市场份额从高到低依次是国电联合动力、广东明阳、Vestas、湘电风能、GE、Suzlon、Gamesa、上海电气、浙江运达等。2009年中国累计装机市场格局2009年我国累计风电装机排名前12家企业市场份额2009年全球十大风机供应商2009年全球累计风电装机排名前10家企业市场份额第二部分

国内外风电技术发展历史与发展趋势风力发电基本原理风力机经过二千年的发展过程，现在已经有多种型式。尽管风力机形式各异，但它们的工作原理是相同的，即利用风力机从风中吸收能量，然后人们根据不同的需要，再转变成电能、机械能或热能等。风轮输出功率可以利用下面的公式表示风力机风轮从风中吸收的功率：

CP--风能利用系数；

A--风轮扫掠过的面积，m2

；

--空气密度,kg/m3；

V--风速,m/s。风力发电的特点开发多元化风电产业迅速壮大,投资者有国家、地区、电力部门、金融组织、国际财团、企业集团、企业职工、个体农牧户及自由股民。包括公有、私有、企业所有的多种所有制。设备实用化20年来,风电机的可用率由81%提高到97%,技术已成熟。年运行时数由4200h提高到6000h以上。设备大型化20年中装机容量由50kW提高到1000kW以上。取能高度化为了获取较强较稳定的风能,风轮的轮毂高度由20m提高到60m,有的已提高到70m以上。风能功率密度提高了30%～45%。成本低廉化20年中,风电成本降低到不仅比核电低,比大水电低,甚至比新的大火电成本低,已具有一定的竞争力。基本风力发电机组的构成1、基础2、与电网连接设备3、塔架4、通道梯5、偏航系统6、机舱7、发电机8、测风装置9、制动系统10、齿轮箱11、叶片12、变桨距系统13、轮毂风电设备发展趋势单机容量向大型化发展：兆瓦级的风电机已具备了商业价值陆上单机容量2MW已达近海单机容量已达5MW级机组。风电机组型式多样化，由恒速运行向变速运行发展。定桨距向变桨距方向发展。采用柔性叶片和柔性塔架以降低材料消耗和最大限度吸收振动，减轻动载荷，可大大降低风电机生产成本。双馈异步发电技术仍占主导地位。风电设备发展趋势直驱式、全功率变流技术得到迅速发展。大型风电机组关键部位的性能日益提高。智能化控制技术的应用加速提高了风电机组的可靠性和寿命。风电场建设和运营的技术水平日益提高。恶劣气候环境下的风电机组可靠性得到重视。低电压穿越技术得到应用。海上风电技术成为重要发展方向。标准与规范逐步完善。双馈异步风力发电机结构双馈异步发电系统是一种非常适合风力发电的变速恒频方案。双馈发电机是指电机的定子绕组和转子绕组均接交流电（双向馈电），它既可以作为电动机运行，也可以作为发电机运行。双馈异步风力发电机结构

双馈异步风力发电系统双馈发电系统的特点高效率低成本定子侧功率因数可以超前增强电网的稳定性双馈异步发电机系统示意图永磁直驱式同步发电机结构齿轮箱是目前在兆瓦级风力发电机组中属易过载和过早损坏率较高的部件,因此齿轮箱的存在也成为制约风力发电机组发展的因素之一。基于此现状,以德国Enercon公司为首的风电机组制造商推出了一系列无齿轮箱直驱式风力发电系统。技术特点为：风机叶片直接驱动多级同步发电机的转子发电，免去齿轮箱这一传统部件。直驱风力发电机组工作原理永磁直驱式同步发电机永磁直驱式同步发电机代表厂家：德国Vensys（金风）日本三菱日本原弘产（湘潭）挪威Scanwind德国Enercon永磁直驱式同步发电机的优点：维护量小，适合于海上风电对电网的兼容性好，低电压穿越能力强效率高永磁直驱式同步发电机的特点永磁直驱式同步发电机的特点：风轮主轴直接带动发电机转子其发电机转子为永磁体，无励磁损失发电机直径大，质量大发电机上无碳刷/滑环发出的电能量全部经过变流器并网半直驱风电机组一种兆瓦级半直驱动式风力发电机组，属于风力发电机组技术领域。其结构包括风轮、变距装置、主轴、增速箱、联轴器、发电机、机舱底盘、偏航电机和控制系统，在机舱底盘上固定有偏航电机、发电机，增速箱与机舱底盘的侧壁固定，增速箱为一级行星式增速齿轮箱，电机为低速永磁三相同步发电机。本发明不仅使传动系统传动平稳、受冲击载荷小，密封要求低，而且能有效降低齿轮箱故障率，机组运行稳定、可靠。安装时高度可调，对中性好。半直驱风电机组特点半直驱风电机组特点:风轮主轴经过一级增速后连接发电机转子其发电机转子为永磁体，无励磁损失发电机比直驱永磁同步发电机小发电机上无碳刷/滑环发出的电能量全部经过变流器并网半直驱风电机组优点：维护量小，适合于海上风电对电网的兼容性好，低电压穿越能力强效率较高半直驱风力发电机组工作原理半直驱风力发电机组工作原理半直驱风力发电机组代表厂家：德国Multibrid芬兰Winwind加拿大Aaer美国Clipper半直驱永磁同步机组海上风电机组风电设备制造商一方面努力扩大产能，批量化生产现有产品满足陆地风电市场需求。另一方面纷纷推出特大型风机，为未来海上风电市场竞争做准备。海上风电机组海上气候对风力发电机的影响潮湿盐分波浪我国东部沿海经济发达，海上可开发风能资源约7.5亿kW，具有开发利用风电的良好市场条件和巨大资源潜力。欧洲风能协会预测，今后15年海上风电将成为风电发展的重要方向，预计到2010年和2020年，欧洲海上风电总装机容量将分别达到1000万kW和7000万kW。海上风电机组风力发电机组技术的发展著名风电企业简介Vestas集团是一个跨国公司，创建于1945年。维斯塔斯始终跻身于行业前列，已经在全球安装了26,000多台风机发电，是世界上最大的风电系统供应商，也是最早开始制造风机的公司之一。Vestas公司占有2005年世界风机新增容量的27.9%的市场份额。产品的单机容量范围从850kW到3MW，即将推出4.5MW产品。主要的代表机型为V90和V82等。著名风电企业简介通用电气公司是美国、也是世界上最大的电器和电子设备制造公司，它的产值占美国电工行业全部产值的1/4左右。通用电气公司的总部位于美国康涅狄格州。GE公司由多个多元化的基本业务集团组成，如果单独排名，有13个业务集团可名列《财富》杂志500强。著名风电企业简介歌美飒是一家在风力发电领域持续成长的公司。作为风力发电机的国际主要供应商，歌美飒已占据风电领域主导地位，累计装机容量超7500mw，客户遍及全球。总部设在西班牙。至2006年，公司拥有包括设在美国，中国等地的28家生产厂。

代表机型为G90和G8X。

著名风电企业简介德国EnerconGmbH成立于1984年，被誉为风能产业研究和发展的助推先锋力量。它作为全球研制兆瓦级风力发电机的领先企业，员工达到8000人，在全球30多个国家已安装了超过11000台风机。为了确保在风电机领域技术、质量和安全性的领先地位，叶轮等所有的主要构件都自行研发、生产。目前的单机容量为330KW至4.5MW，代表机型有E-33、E-48、E-70、E-112等。著名风电企业简介新疆金风科技股份有限公司是中国行业历史最为悠久的风电设备研发及制造企业，拥有强大的研发创新能力。公司拥有自主知识产权的直驱永磁技术代表着全球风电领域最先进的技术路线，产品除广获主要国内电力公司的采用，还进入了美国和欧洲等海外市场。金风科技一共销售了超过9,150台风力发电机组。代表的机型为：GW82-1500和GW77。主要机型的简介Vestas:V90-2.0MWV90-2.0MW机组的主要参数直径（diameter）90m扫风面积（sweptArea）6.362m2额定转速[rotationalspeed(rated)]14.9rpm运行范围[rotationalspeed(interval)]9-19.9rpm功率调节(Powercontrol)变桨系统（pitchsystem）空气制动（Airbrake）独立变桨系统（Independentpitchsystem）轮毂高度（hubheight）80m切入风速（cut-in）2.5m∕s额定风速（Ratedspeed）13m/s切出风速（cut-out）25m/s发电机输出功率（ratedpower）2.000kw发电机运行数据(Operationdata)50Hz∕60Hz690v齿轮箱类型(Gearbox)行星∕斜齿轮planet∕helicalgear控制类型（controltype）OptispeedV90-2.0MW机组的主要参数机舱重量（nacelleweight）68t叶轮重量（windturbineweight）38t轮毂重量（hubweight）150tV90-2.0MW机组歌美飒G90-2.0MW歌美飒G90-2.0MW歌美飒G90-2.0MW的技术参数叶轮/WindTurbine直径/Diameter90m扫风面积/Sweptarea66.362m2转速/Rotationalspeed9.0-19.0rpm旋转方向/Rotationdirection顺时针/clockwise（正面/frontage）重量/Weight（包括轮毂/includinghub）约36吨/about36ton重量/Weight（包括轮毂和机舱/includinghubandnacelle）约106吨/about106ton叶片/Blade叶片数量/Bladenumber3长度/Length44m翼型/AirfoilDU（代尔夫特大学）+FFA-W3材料/Material环氧树脂预浸的玻璃纤维/Epoxideresinpreimpregnatedglassfibre总叶片重量/Thetotalweightoftheblade5800kg歌美飒G90-2.0MW的技术参数柱状塔筒/Columnartower段数/numberofsections高度/height重量/weight4段/4sections78m203ton5段/5sections100m255ton齿轮箱/Gearbox类型/Type1级行星/1planetary2级斜齿/2helicalstages速比/Ratio1:100,5(50Hz)1:120,5(60Hz)冷却/cooling带油冷器的油泵/Oilpumpincludingoilcooling油加热器/Oilheater2,2kw歌美飒G90-2.0MW的技术参数发电机2.0MW/Generator2.0MW类型/Type双馈式发电机/Doublyfedgenerator额定功率/Ratedpower2.0MW电压/Voltage690Vac频率/Frequency50Hz/60Hz防护等级/EnclosureIP54极数/Stage4转速/Rotationalspeed900:1.900rpm(额定/Rated1.680rpm)(50Hz)1.080:2.280rpm(额定/Rated2.016rpm)(60Hz)额定定子电流/Ratedstatorcurrent1.500A@690V功率因素（标准）/Powerfactor(standard)部分负荷/Partload0.95CAP-0.95IND正常功率/normalpower功率因素（可选）/Powerfactor(optional)功率范围/Powerrange0.95CAP-0.95INDGEEnergy1.5MW风电机组GEEnergy1.5MW风电机组GEEnergy1.5MW风电机组参数额定功率（ratedpower）1.500kW温度范围（Temperaturerange）-30℃～+40℃切入风速（cut-inspeed）3.5m∕s切出风速（cut-outspeed）25m∕s额定风速（Ratedspeed）14m∕s风场类别（windfarmclasses）IIa频率（frequency）50∕60HZ电压（voltage）690V直径（diameter）77m扫列面积（sweptArea）4657m2塔筒高度（Towerheight）80mMultibridM5000技术参数MultibridM5000技术参数发电机/Generator类型/Type同步永磁电机/Synchronouspermanentmagnetmotor

额定功率/Ratedpower5.260MW电压/Voltage3300V冷却/coolingwater防护等级/EnclosureIP54极数/Stage4转速/Rotationalspeed45.1-148.5∕min功率因素（标准）/Powerfactor(standard)0.9感应(CAP)-0.9电容(IND)变桨系统/pitchsystemIndependentpitchsystem塔筒/Tower钢管塔筒∕steeltowerMultibridM5000技术参数基本参数/basicparameters额定功率/ratedpower5000kw切入风速/cut-inspeed4m∕s切出风速/cut-outspeed25m∕s额定风速/ratedspeed12m∕s设计寿命/designlife20years齿轮箱/Gearbox类型/Type1级行星/1planetary速比/Ratio1:10额定功率/（ratedpower）5540kw额定扭矩/ratedtorque3600knMultibridM5000技术参数叶轮/WindTurbine直径/Diameter116m扫风面积/Sweptarea10568m2转速/Rotationalspeed5.9-14.8rpm额定转速/ratedspeed14.8rpm重量/Weight（包括轮毂/includinghub）约60.1吨/about60.1ton重量/Weight（包括轮毂和机舱/includinghubandnacelle）约199.3吨/about199.3ton叶片/Blade叶片数量/Bladenumber3锥角/coneangle-2°仰角/elevation

5°总叶片重量/Thetotalweightoftheblade16.5tMultibridM5000功率曲线REPOWER机组结构REPOWER机组技术参数基本参数/basicparameters额定功率/ratedpower2050kw切入风速/cut-inspeed3.5m∕s切出风速/cut-outspeed25m∕s额定风速/ratedspeed14.5m∕s风场类型/windfarmtypeIECI∕IECII∕IECIII叶轮/WindTurbine直径/Diameter82.0m扫风面积/Sweptarea5281m2转速/Rotationalspeed8.5-17.1rpm(+16.0%)叶片/Blade长度/length40m类型/type环氧树脂预浸的玻璃纤维/EpoxideresinpreimpregnatedglassfibreREPOWER机组技术参数发电机/Ge