一、大型風力發(fā)電機技術概述
風能的特點是能源稀薄、隨機性大．風向、風力變化無常，而風機又必須安裝在野外空曠多風地帶，造成了風力發(fā)電機不同于其它電網發(fā)電機的特殊性。風力發(fā)電中的發(fā)電機，處于將機械能轉變?yōu)殡娔艿哪茉崔D換樞紐環(huán)節(jié)，不同的發(fā)電機形成不同的發(fā)電模式，產生不同質量的電能．對整個機組的能源效率、機電可靠性、電網容納度等指標有著相當大的影響，是風力發(fā)電的核心技術之一。
發(fā)電機種類對整個機組的制造成本、系統(tǒng)性價比。更有著重大影響。首先，不同發(fā)電機本身的制造難度、成本差異明顯；其次，不同發(fā)電機對控制系統(tǒng)的配置不同、所配變頻器功率容量、技術要求不一樣，更使成本相差懸殊；另外，采用不同的發(fā)電機影響到塔頂機艙的總重量，對塔架、基礎的成本，對大件運輸和安裝的成本，均有不同程度的影響；再加上同發(fā)電機的發(fā)電質量對電網和供電的間接成本響應也不一樣，從而都影響到整個發(fā)電系統(tǒng)的經濟性，使風力發(fā)電機技術方案的選擇成為影響風力發(fā)電場度電成本的重要因素。
一個頗令人深思的現(xiàn)實是，風力發(fā)電機在不同時期曾分別由永磁同步發(fā)電機、電勵磁同步發(fā)電機、籠型異步發(fā)電機、雙饋異步發(fā)電機四大不同機種擔綱主角，在不同場合和容量中，在不斷改進和完善中，在相互發(fā)展和超越中，經過比較和爭奪，發(fā)揮各自優(yōu)勢，克服它者缺陷，此消彼長……直至今天，尚難分高下，而不像電網發(fā)電機那樣一直單純地由電勵磁同步發(fā)電機唱獨角戲。
籠型異步發(fā)電機結構最簡單，葉尖制動失速型恒速機組曾在上世紀80一90年代成為主流機型。發(fā)電機實際結構類同于大量采用的感應異步電動機，是利用超同步運行的電動機處于發(fā)電狀態(tài)，將機械能轉化為有功電能反饋給電網達到發(fā)電的目的，由于電機中有功轉差功率耗散在轉子中，轉差率必須控制在I％內，不能太大，所以籠型異步發(fā)電機只適用恒速風力發(fā)電．此外該機種還必須由電網提供無功勵磁，所以功率因數(shù)低，不利于電網電壓穩(wěn)定．目前已被發(fā)電量更高的變槳變速恒頻機種所淘汰。
電勵磁同步發(fā)電機在風電系統(tǒng)中，屬于先進的變速恒頻發(fā)電技術，其風能截獲率高，電壓易于隨轉速變化而加以調節(jié)穩(wěn)壓。而需要全功率的變頻器．有電刷滑環(huán)，加上其龐大體積、重量和機組造價高于異步機，成為其顯著的缺陷。
雙饋異步發(fā)電機屬于第二類變速恒頻發(fā)電機種，且只需約1/3功率容量的變頻器，所以機組成本較低、性價比高，是當今的主流機型．國內和國際上許多廠家生產該機型的大型風機。美中不足的是該機種存在低電壓穿越的固有缺陷，對電網穩(wěn)定的支持能力差；而對齒輪箱的依賴又令其很難實現(xiàn)無齒輪箱直驅。
永磁同步發(fā)電機也屬于變速恒頻發(fā)電技術．與電勵磁同步機相比，轉子上無勵磁繞組，因此不存在勵磁繞組銅損耗，比同容量的電勵磁式發(fā)電機效率高；轉子上沒有滑環(huán)，運轉時更安全可靠；電機的重量輕、體積小、制造工藝簡便，因此在小型及微型風力發(fā)電機中被廣泛采用，永磁發(fā)電機的缺點是電壓調節(jié)性能差（(I)。但永磁同步機在大型低速直驅風機中．制造工藝要求高，制造成本比電勵同步機高；加上電壓調節(jié)能力差，需要全功率變頻器，成為推廣應用的重大障礙。
二、無齒輪箱直驅機技術的進展
早在2002年8月制汀的我國國家級火炬計劃中，已將課題“研究開發(fā)無齒輪箱、多極低速發(fā)電機、變速恒頻等新型風力發(fā)電機組”列人開發(fā)重點項目‘2004年8月10日，國家發(fā)改委一〔2004)753號文件《關于組織實施“節(jié)能和新能源關鍵技術”國家重大產業(yè)技術開發(fā)專項的通知》中．專題列出：一無齒輪直驅型風力發(fā)電技術及發(fā)電機組相關制造技術”．作為國家重大產業(yè)技術開發(fā)專項。
直驅機生產大戶—德國Enercon公司別具匠心．其電勵磁同步發(fā)電機具有絕對的市場優(yōu)勢，長期獨領直驅機技術和市場霸主地位。“Enercon公司可謂一枝獨秀，雖然全球幾個雄心勃勃的行業(yè)新軍近幾年也曾試圖進人這一市場。據(jù)評論，Enercon公司2003年在全球市場占有率為14.6%，(2007年，Enercon在德國風機市場占有量超過50%)，依靠運行中的6800多臺單機功率從30kW到4.5MW的直驅式風力發(fā)電機組，Enercon與這些公司之間的差距仍在繼續(xù)加大。所有Enercon的競爭對手加在一起生產了不到200臺的直驅式的發(fā)電機組”(2)。
Enercon直驅機為電勵磁型，而我國金風科技和湘電股份等企業(yè)引進的是永磁直驅同步機。“作為（永磁）直驅式發(fā)電機的供應商，西門子公司似乎也冒著很大的風險，這位德國工業(yè)巨頭試圖第二次參與爭奪直驅式風力發(fā)電機市場。20世紀九十年代，西門子公司曾與德國Seewind公司聯(lián)合開發(fā)的750kW風力發(fā)電機組失敗，原因是西門子公司設計的永磁發(fā)電機造價太高。2003年4月，容量為3MW的西門子直驅永磁式變槳距控制樣機終于由挪威Scanwind公司安裝，并計劃在2005年用完全不同的技術建造第二臺樣機。Scanwind公司CEO說，他們的3MW產品概念可以用于直至容量為5MW級的機組，這是下一個研究與發(fā)展項目(2)。在風機品種方面，西門子可以說是最全面的，既有雙饋異步和新型變速籠型異步，更有多種永磁直驅二在其官方網站上，曾登載過西門子直驅永磁風力發(fā)電機的照片，那短胖的機艙就是直驅機的特征據(jù)報道，該機效率高達98%,具有較高水平。
另據(jù)丹麥可再生能源世界雜志社REW（Renewable Ener.-Y World）2008年7月4日獨家新聞報道，“直驅是否會降低大型風力發(fā)電機的能源成本？下周，西門子能源將在丹麥林可平安裝一臺高度白主創(chuàng)新的3.6兆瓦(MW）直驅式‘概念’風機．并經受二年期的試驗。可再生能源世界雜志社受邀來丹麥見證此項‘概念化’總成的成果，并聽取有關西門子此項重要的關鍵戰(zhàn)略和考量的一手報告（3)。西門子公司的目的是籍此評估直驅技術對于有齒輪大型機組是否有競爭性，還將在年內安裝第二臺樣機（4）
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