淺析水平軸風力發(fā)電機組的技術(shù)發(fā)展趨勢(圖表)

　　為了追求風能的最大化利用，變槳技術(shù)得到發(fā)展，并在電力電子技術(shù)的幫助下使機組實現(xiàn)了“變速”運行，從而提高了機組的年發(fā)電量（AEP）。同時，先進的電力電子技術(shù)的應(yīng)用極大地改善了風力發(fā)電系統(tǒng)的運行和控制性能，提升了電網(wǎng)中風電的穿透率。于是，水平軸機組從第一代“定槳距恒速恒頻”機組過度到了第二代“變槳距變速恒頻”機組。目前新增的機組幾乎都屬于第二代。
　　2. “雙饋”與“直驅(qū)”的較量
　　雙饋機組，采用增速齒輪箱與繞線式轉(zhuǎn)子異步發(fā)電機，其變流器的容量約占發(fā)電機功率的30%-40%，因此也叫部分功率變流機組。由于技術(shù)成熟度高、成本低，目前雙饋機組的市場占有率最大，且在未來若干年里仍將占據(jù)市場主流地位。但是，隨著機組單機容量的增大，齒輪箱高速級傳動部件的故障問題日益突出，加之目前雙饋異步發(fā)電機存在集電環(huán)碳刷磨損問題，需要定期維護，在海上風電應(yīng)用中顯現(xiàn)出劣勢。因此，不帶齒輪箱和集電環(huán)的直驅(qū)機組技術(shù)得到了快速發(fā)展。
　　直驅(qū)機組，采用低速永磁或電勵磁同步發(fā)電機和全功率變流器，發(fā)電機的輸入端直接與機組主軸和輪轂相連， 簡化了機艙結(jié)構(gòu)， 消除了增速齒輪箱和集電環(huán)的故障風險，減少了維護。但是，直驅(qū)機組低功率密度設(shè)計造成體積和重量的大幅增加，運輸?shù)跹b困難，使得發(fā)電機的吊裝維護成本很高。隨著機組單機容量的增大，直驅(qū)機組成本和重量上升特別快，且同步發(fā)電機的氣隙非常小，控制難度相當高。
　　根據(jù)2012 年全國風電設(shè)備運行質(zhì)量調(diào)查對在運機組的統(tǒng)計，與2011 年相比，雙饋機組的比例在降低，而直驅(qū)機組的比例在增加，其他機組的比例略有增加（如圖3所示）。另外，由于技術(shù)的逐漸成熟，雙饋機組的故障率明顯降低，與直驅(qū)機組的故障率水平相當，而直驅(qū)機組的故障率卻略有升高（如圖4 所示）。

　　一般地，直驅(qū)機組的采購成本比雙饋機組高。但是，在目前的海上風電建設(shè)中，機組成本占項目總成本的比重比陸上風電低很多。因此，若從全壽命周期的運維成本考慮，直驅(qū)比雙饋將更適合于海上風電。
　　但到目前為止，雙饋與直驅(qū)都各有優(yōu)缺點。由于所站的立場不同，行業(yè)內(nèi)各方的觀點沒法完全統(tǒng)一，加之缺乏相關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，很難準確且定量地對兩者的優(yōu)勢進行全面而公正的對比分析。但可以肯定的是，機組技術(shù)的成熟性、質(zhì)量的穩(wěn)定性和可靠性、及時且低成本的維修與維護將是市場選擇最重要的標準。