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風(fēng)力發(fā)電行業(yè)技術(shù)水平和特點(diǎn)
思瀚產(chǎn)業(yè)研究院    2024-01-02

在全球范圍內(nèi)，主流風(fēng)電機(jī)組單機(jī)功率不斷加大，風(fēng)電應(yīng)用逐漸從陸上向近海、深遠(yuǎn)海拓展，風(fēng)電應(yīng)用場(chǎng)景的轉(zhuǎn)型和發(fā)展對(duì)常規(guī)風(fēng)電機(jī)組技術(shù)路線在大功率、低成本、高效率、可靠性等方面提出了更高的要求。

（1）風(fēng)電機(jī)組機(jī)型

陸上風(fēng)電方面，根據(jù)中國(guó)可再生能源學(xué)會(huì)風(fēng)能專業(yè)委員會(huì)統(tǒng)計(jì)，2020 年，主流風(fēng)電機(jī)組單機(jī)容量為 2MW 及以上，隨著風(fēng)電平價(jià)時(shí)代的到來(lái)，新增風(fēng)電項(xiàng)目對(duì)風(fēng)電機(jī)組單機(jī)容量提出了更高要求。

綜合國(guó)內(nèi)新增陸上風(fēng)電項(xiàng)目風(fēng)機(jī)公開招標(biāo)信息，2021 年以來(lái)，部分新增陸上風(fēng)電項(xiàng)目逐漸要求中標(biāo)單機(jī)容量達(dá)4MW 及以上，中標(biāo)風(fēng)電機(jī)組中 4MW-5MW 的機(jī)型成為主流。2022 年以來(lái)，新增陸上風(fēng)電項(xiàng)目機(jī)組單機(jī)容量進(jìn)一步提升，部分陸上風(fēng)電項(xiàng)目已明確要求中標(biāo)風(fēng)機(jī)單機(jī)容量需達(dá)到 5MW-6MW。

目前主流的陸上新增裝機(jī)機(jī)組功率為 4MW、5MW 機(jī)型。在大功率風(fēng)電機(jī)組方面，國(guó)內(nèi)主流風(fēng)電整機(jī)廠商紛紛推出了超大型陸上風(fēng)電機(jī)型。從研發(fā)情況來(lái)看，7MW 及以上陸上機(jī)型也大多進(jìn)入測(cè)試驗(yàn)證階段。

海上風(fēng)電方面，目前海上新增裝機(jī)機(jī)組單機(jī)容量主要位于 8MW-10MW 之間。全球風(fēng)電發(fā)達(dá)國(guó)家都在致力于海上風(fēng)電大型化的投入。美國(guó)通用電氣公司（GE）、西門子歌美颯（SiemensGamesa）等企業(yè)正在開發(fā)的 14MW-15MW 海上風(fēng)電機(jī)組，預(yù)計(jì) 2024 年將實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。

近年來(lái)國(guó)內(nèi)各整機(jī)企業(yè)也相繼投入大功率機(jī)組技術(shù)研發(fā)，并且面向海上市場(chǎng)推出了 10MW 以上的機(jī)型。據(jù)全球風(fēng)能理事會(huì)（GWEC）預(yù)測(cè)，2030 年海上風(fēng)電機(jī)組單機(jī)容量可達(dá) 20MW，風(fēng)輪直徑達(dá) 275 米以上，風(fēng)電大型化趨勢(shì)持續(xù)凸顯。

（2）風(fēng)電機(jī)組結(jié)構(gòu)

風(fēng)電機(jī)組不同技術(shù)路線的差異主要集中在核心傳動(dòng)鏈的設(shè)計(jì)上，從結(jié)構(gòu)上看，市場(chǎng)主流發(fā)電機(jī)的技術(shù)路線可分為雙饋式、半直驅(qū)式、直驅(qū)式三大類，在單機(jī)容量、技術(shù)原理以及齒輪轉(zhuǎn)速等方面略有差異，其中永磁半直驅(qū)式風(fēng)機(jī)在國(guó)內(nèi)較其他技術(shù)路徑度電成本相對(duì)較低、經(jīng)濟(jì)性較好。

風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)鏈的演變趨勢(shì)將與主軸軸承的發(fā)展趨勢(shì)密切相關(guān)，隨著風(fēng)機(jī)向大型化發(fā)展，未來(lái)采用圓錐滾子主軸軸承的比例可能增加，變槳軸承朝獨(dú)立變槳方向發(fā)展。

（3）風(fēng)電機(jī)組控制系統(tǒng)

風(fēng)力發(fā)電機(jī)由多個(gè)部分組成，控制系統(tǒng)貫穿每個(gè)部分，相當(dāng)于風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的神經(jīng)系統(tǒng)。因此，控制系統(tǒng)的質(zhì)量直接關(guān)系到風(fēng)力渦輪機(jī)的工作狀態(tài)、發(fā)電量和設(shè)備的安全。風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)的基本目標(biāo)分為三個(gè)層次：確保風(fēng)力發(fā)電機(jī)的安全可靠運(yùn)行，獲得最大能量，并提供良好的電能質(zhì)量。

控制系統(tǒng)組成主要包括主控系統(tǒng)、變流系統(tǒng)、變槳系統(tǒng)、偏航系統(tǒng)等。主要控制內(nèi)容包括信號(hào)的數(shù)據(jù)采集、處理，變槳控制、轉(zhuǎn)速控制、自動(dòng)最大功率點(diǎn)跟蹤控制、安全保護(hù)系統(tǒng)、遠(yuǎn)程監(jiān)控等。

隨著傳感器、數(shù)據(jù)分析和人工智能等技術(shù)的不斷進(jìn)步、社會(huì)環(huán)保意識(shí)的提高以及能源存儲(chǔ)、智能電網(wǎng)技術(shù)等其他新能源技術(shù)可整合性的提升，風(fēng)電控制系統(tǒng)風(fēng)電機(jī)組控制系統(tǒng)將朝著智能化和數(shù)字化、新能源技術(shù)整合、環(huán)保和可持續(xù)性等方向發(fā)展。