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【技術】風電機組傳動系統應該使用永磁還是雙饋?

2015-05-26 來源:CWEA《風能》 瀏覽數:1107

  在風電行業,關于現代風電機組傳動系統應該使用永磁發電機還是雙饋發電機到今仍然存在爭議。很多技術專家及行業意見領袖都曾建議使用雙饋電機,并且表達了對于永磁發電機技術的種種疑慮。斯維奇認為,無論使用何種評判標準,永磁發電機及全功率變流器系統是目前業界最好的技術。
  評判標準一:全生命周期成本效率
  總有聲音認為永磁發電機和全功率變流器系統比雙饋系統貴。實際上,研究證明,當把所有的投資及運營所需的成本都考慮進去時,永磁發電機及全功率變流器系統比雙饋系統在機組的全生命周期內更便宜,更劃算。
  裝配有永磁發電機及全功率變流器的風電機組并網之后具有較低的成本,這相對裝有雙饋系統的機組來說是一個巨大的優勢。雙饋技術滿足電網標準需要增加硬件及軟件設備,從而增加成本;永磁發電機及全功率變流器傳動系統已經具有諸如發無功及低電壓穿越的功能,這樣便拉平了和雙饋設備初始投資成本之間的差距。
  從長期來看,永磁技術的優勢是能夠發出更多的電,因為它的功率曲線具有更高效率。永磁發電機及全功率變流器傳動系統能夠在整個運行范圍內確實地提高風電機組效率。在100%功率條件下,永磁發電機及全功率變流器傳動系統與雙饋及雙饋變流器的效率相似。然而,100%功率的風況并不常見。在通常風況下,永磁傳動系統已經被證實更有效率。不管是從運行性能、電機損耗、變流器功率范圍還是風況的角度來看,永磁發電機及全功率變流器傳動系統都被證明有更高的年發電量。
  永磁發電機的設計還能夠提高可靠性,從而使機組運維費用較低。根據統計,永磁發電機具有更少的電氣故障和效率(故障率0.59/年,其他技術的故障率為0.69/年)。從停機時間考量,最新的永磁發電機更可靠,其停機時間為1.98天/年,而其他技術的停機時間為>2.36故障天數/年。NextWind最新研究報告中估計:雙饋機組每年的服務成本,包括其齒輪箱所需的額外費用,總計比永磁機組的服務成本高20%-30%。
  此外,稀土原材料價格不穩定、來源有限一直被認為是永磁發電機的固有風險。其實,稀土磁鋼的價格和以往相比已經降低了很多,而且在較長時間段內趨于穩定。并且,通過磁鋼的結構設計也可以優化使用所需的稀土量。所以永磁發電機的這部分價格溢價可以被消除。
  評判標準二:可靠性及可利用率
  有些人錯誤地認為永磁發電機及全功率變流器解決方案會需要很多不可靠的電力電子設備。實際上,永磁發電機及全功率變流器系統所使用的電力電子設備數量和雙饋系統相當,只不過雙饋變流器所需的功率等級較低而已。無論是永磁發電機及全功率變流器傳動系統,還是雙饋發電機及雙饋變流器系統,電力電子設備的故障率都會導致同樣的結果。
  NextWind的研究報告得出結論:和雙饋發電機相比,永磁發電機有更高的可靠性并且維護成本更低;因為永磁發電機在高熱運行環境下性能更優異,而且永磁發電機無需滑環和編碼器。Sciemus最新的研究報告也證實“和其他技術的發電機(故障率為0.12-0.14/年)相比,永磁發電機更可靠(故障率為0.11/年)”。
  永磁發電機需要使用釹鐵硼磁鋼,該磁鋼對于腐蝕和熱很敏感。因此,有些專家認為過熱會導致電流損失迅速攀升。這些專家還錯誤地認為釹鐵硼磁鋼有極性翻轉及去磁的風險。事實上,釹鐵硼磁鋼都有涂層保護,可以非常有效的使其免于腐蝕。在組裝轉子的時候也會使用氣密封裝,這也會起到保護作用。
  從制造的角度看,為了保證永磁發電機及全功率變流器系統的性能,合適的生產質量標準及工程制造水平都是必需的要素。為直驅風電機組生產大型的永磁發電機需要更高的專業工藝水準。實際上,轉子和定子之間的氣隙精度要求很高,當需要生產一個直徑達6米的元部件時,不是所有的工廠都能夠做到維持這一精度標準。但是,只要設計得當,生產標準執行到位,在大型直驅風電機組的生產過程中就能夠達到高精度水準,而不需要再采取額外的工藝。
  永磁發電機及全功率變流器解決方案和雙饋方案相比,維護更方便。由于不需要滑環和電刷,而且更容易符合電網標準,永磁發電機的設計提高了可靠性并使之便于維護。Sciemus最新的風能研究報告同時確認:永磁發電機的設計擁有“較低的故障率”:該報告同時指出:就停機時間來說,考慮到7種模式下最低的故障率,最新的永磁發電機設備是最可靠的。

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