第4讲：风力发电装备发展趋势课件

4.1风电装备发展趋势

4.2风机多样化发展

4.3风机新型式发展

4.4风机控制方式发展

第4讲：风力发电装备发展趋势4.1风电设备发展趋势

◆风机大型化、微型化、

◆直驱风机代替双馈风机

◆海上风机大力发展

◆智能电网完善现行电网，7月28日国家智能电网的开发

发展（大功率蓄电池，50亿）

◆复杂控制下的新型风机：高空风力发电，垂直轴风力

发电机

第4讲：风力发电装备发展趋势

风机尺寸的增长第4讲：风力发电装备发展趋势微型化风机的涌现第4讲：风力发电装备发展趋势直驱式风机代替双馈风机第4讲：风力发电装备发展趋势风电电机的历史发展趋势：无刷化、永磁

随着单机容量的提升，这种恒速恒频的风机面临着技术挑战。容量越大，风机承受的能量密度越大，当风速跃升时，恒速电机将巨大的力传导给主轴和齿轮箱、电机等设备，产生的应力容易引起设备的疲劳损伤；

在这一背景下，变速恒频风机逐渐成为新的主流，变速恒频风电电机中，无刷双馈电机和永磁电机成为两个最有前途的方向；

第4讲：风力发电装备发展趋势电励磁的同步电机和绕线转子感应电机都需要通过滑环和电刷实现对转子绕组电流的控制。滑环和电刷之间电流较大，同时两者之间存在滑动接触，机械磨损和电腐蚀使得滑环电刷磨损严重，是容易产生故障的部位，无刷化成为必然要求；

普通鼠笼转子感应电机是无刷电机，但在变速恒频系统中难以直接使用，而永磁发电机不需要电励磁，可以兼顾直驱和无刷的需求。

第4讲：风力发电装备发展趋势永磁电机的优点是不需要电励磁，无励磁损耗，因此效率较常规电机高；同时，由于永磁体气隙磁通密度较高，因此可以提高电机的功率密度；

而稀土永磁材料的高磁能积使得同样输出功率下，整机重量降低30%，同体积下输出功率增大50%；同时可以减小离心力、提高转速、降低电流强度、减少冷却问题和机械轴承问题；而高剩磁使得气隙磁通密度较高，可以节约铜绕组用量，降低成本；高纠顽力使得退磁危险降低，可以采取多种磁体形状，方便设计各种定转子外形；最后，稀土钴使电机无最低工作温度限制，最高温度可以达到250摄氏度；

第4讲：风力发电装备发展趋势永磁电机的缺点是励磁无法调节，由于励磁无法调节，在变速系统中不能依靠电机本身实现恒压控制，很多时候不得不串连电容调压或者采用永磁与电励磁结合的混合动力方式。第4讲：风力发电装备发展趋势直驱电机与传统双馈电机的区别在于转速较低；

从原理上讲，电机输出电压频率不变时，转速与电机绕组的极数成反比，而与电磁功率成反比。因此，若保持与高速电机相同的额定功率，直驱低速发电机需要有较多的极数和较大的体积；

第4讲：风力发电装备发展趋势受铁芯尺寸和槽数所限，极数较多的直驱电机每极每相槽数过少，因此无法采取正常的分布和短距绕组，使得输出电压、电流波形含有较大的谐波分量；

解决这一问题的办法就是采用高性能的交直交变频器，对无功和谐波进行处理，使之符合上网要求。第4讲：风力发电装备发展趋势常用的风能网站：

风能中国网、华人风电网、华锐风电论坛等

详见风电导航网页114

第4讲：风力发电装备发展趋势风机价格的变化：

由于竞争的原因，风机价格逐年下降。开始阶段风机报价6500元/kw。现在报价4500元/kw。以公司的主流机型1.5MW双馈为例，风机价格下降（6500-1500）1500=300万。

上网电价为0.51元/kw——0.61元/kw不等。

以0.55元为标准，报价4500元/kw。风机收回成本需要？天

45001500（0.51150024）=675000018360=367天。

风机设计寿命20年。

发电企业利润很大。

风机质量很关键、、、、

第4讲：风力发电装备发展趋势风能的贮存

••短暂：飞轮

••长期：抽水电站、超级电容、蓄电池

贮能、超导贮能

第4讲：风力发电装备发展趋势风机的种类：

双馈、直驱、高空发电、垂直轴第4讲：风力发电装备发展趋势垂直轴风力发电机：

在风机发展初期，垂直轴风机被认为尖速比不可能大于1，因此人们对该种风机的研究并不热衷。Darrieus式风轮的出现彻底推翻了这一观点，它可使尖速比达到6，并且风能利用率也不低于水平轴，因此垂直轴风机具有与水平轴风机相当的功率转化能力。

与水平轴风机相比，垂直轴风机的主要部件都安装在地面，易于维护。任何风向都可以发电，不需要对风装置。

第4讲：风力发电装备发展趋势虽然已经进入商业化运作的Darrieus式型风机没有自启动能力，但上海麟风风力发电设备有限公司的P200型风机的风洞试验证明：Darrieus式型风机可以在2m/s的低风速下启动，低于水平轴风机的4-6m/s启动风速第4讲：风力发电装备发展趋势图1各种垂直轴风机的形态第4讲：风力发电装备发展趋势

高空风力发电

发展前景：目前，最先进的地面风力发电站的风力密度不到1千瓦/平方米，而我国上空万米高空处的风力密度均值超过5千瓦/平方米，特别是在江苏、浙江、山东等省份上空的高空急流附近，风力密度甚至达到30千瓦/平方米，为世界之最。

第4讲：风力发电装备发展趋势技术背景：由于我国高空风能资源具有优越条件，在美国加州研究高空风能发电的张建军博士便带着他的技术回到了中国，在广东建立了国内首个高空风能研究中心及风洞实验室，并将在广东佛山建造首座10万千瓦级高空风能发电系统。

在去年10月举行的2009清洁能源国际高峰论坛上，张建军介绍了他的核心技术原理：风筝如滑翔机般借助风力上升，产生的拉力拉动缆绳带动发电机发电；当风筝上升到最大高度后，再通过控制系统调整风筝翅膀的角度，使其利用自身重力下降。之后再上升供电，如此反复。

第4讲：风力发电装备发展趋势据了解，目前主要有两种高空风电的构架方式：第一种是在空中建造发电站，然后通过电缆输送到地面；第二种类似放“风筝”，通过拉伸产生机械能，再由发电机转换为电能。张建军的技术