海上风机发展趋势分析

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1、海上风机发展趋势分析1 海上风电机组的发展历程在 90 年代， Bonus的 450kW和 Vestas 的 500kW 、550kW 、600kW风电机组曾经在早期的近海 风电场应用， 2000 年以后就没有安装过2MW 以下的海上风电机组。 2001 年以后， Vestas 公司的 2MW 和 3MW 双馈式海上风电机组在欧洲海上风电场大批量应用， 是经受住考验的成熟机型。Vestas公司的海上风电机组装机容量约占全球海上风电机组的35% 左右；同样，西门子公司的2.3MW和 3.6MW （高速齿轮箱 +异步感应式发电机 +全功率变流器）海 上风电机组也连续十一年在海上风电场大批量应用，是

2、经受住考验的成熟机型，也是目前海上 风电场的主流机型。西门子公司的海上风电机组装机容量约占全球海上风电机组的50% 以上。 2008 年以后，德国Repower 公司研制的5MW 双馈式异步风电机组已经成功应用于海上风电 场，是传统双馈式风电机组大型化的典范。目前在爱尔兰、比利时和德国海上风电场安装运行。 该机组风轮直径126 米，轮毂高度120 米，额定功率5MW, 已经安装使用39 台。在其基础上扩容 的 REpower 6M也已经安装了3 台。 近年来，德国BARD公司推出了5MW 海上风电机组，风轮直径122 米，机舱部分重达425 吨， 叶片长度为60 米， 28.5 吨。由德国Ar

3、eodyn 公司设计，属于双馈式风电机组大型化的又一个范 例。轮毂重量( 包括轴承座和其他附加设备) 70吨。机舱 ( 包括发电机，但不包括叶片和轮毂) 280 吨。德国 BARD 公司 5MW 海上风电机组已经在海上风电场安装18 台，共 90MW ；法 - 德合资的 Areva Multibrid半直驱型5MW 风电机组也已在海上风电场投入运行，安装数量超过10 台。该机组额定功率: 5 MW ；风轮直径 :116m。机组采用集成化设计：将风力机的主轴、齿轮箱、高速轴和发电机集成在一起，以减少重量，从而降低成本。传动链为：风轮+单级齿轮箱（ 1：9.92)+ 多级永磁发电机。系统采用折中方

4、案，兼顾了双馈式风电机组和直驱式风电机组的优点，折中考虑了性能与价格的关系。此外， 2003 年 GEwind 公司的 3.6MW双馈式海上风电机组也已在海上风电场投入运行，安装数量7 台；芬兰Winwind 公司生产的3MW 半直驱海上风电机组也于2009 年在海上风电场投入运行，安装数量10 台。但是后来这两个产品都没有继续进入海上风电场，说明它们的性能还不能适应海上风电场的恶劣环境。2010 年以后，中国华锐公司生产的3MW 半直驱海上风电机组也已在海上风电场投入运行，目前 在海上风电场的安装数量超过50 台。2011 年，中国上海电气风能公司生产的3.6 MW 海上风电机组也有一台在海

5、上风电场投入运行， 效果良好。表 1、各国海上风电机组在市场中的累计装机容量及所占比例国家英国丹麦荷兰中国德国比利时瑞典爱尔兰挪威葡萄 牙累计装 机容量 （MW ）2107.6835.85246.8209.9198.3195163.6525.22.32比例 （% ）52.8720.976.195.274.974.894.110.630.060.05表 2、各种 2MW 以上海上风电机组在市场中的比例序号 产品型号2011 年安装容量（ MW ）2011 年市场份额(%) 2011 年累计安装容量 (MW) 2011 年底累计市场份额1 西门子 2.3MW 48.3 10.28 814.2 20

6、.42 2 西门子 3.6MW 180 38.31 1173.6 29.44 3 Vestas2MW 2 0.43 416 10.43 4 Vestas3MW 0 0 954 23.93 5 Repower5MW 150 31.92 210 5.27 6 Areva(Multibrid )5MW 0 0 30 0.75 7 Bard 公司 5MW 30 6.38 90 2.26 8 中国华锐3MW 51 10.85 153 4.7 9 Winwind 公司 3MW 0 0 30 0.75 10 上海电气3.6MW 3.6 0.77 3,6 0.09 从表 2 看出：西门子、Vestas 和 R

7、epower 三家公司的产品占2011 年底全球累计海上风电市场份 额的 89.5%; 占 2011 年全球新增海上风电市场份额的81% 。Repower5MW 占 2011 年全球新增海上风电 市场份额的31.92%,仅次于西门子3.6MW （38.31%） 。表明目前5MW以上大功率海上风电机组有明显增长的趋势。2 欧美重点企业新研制海上大功率风电机组的技术特点；2.1 丹麦 Vestas 公司的海上风电机组； 面向未来，该公司正在研制164-7.0MWVestas7MW 半直驱新型海上风电机组。该机组采用了一个 中速齿轮箱、永磁发动机和全功率变流器。随着164-7.0MW Vestas

8、引进设计选择将推动业主的海上 风电收益率到一个新的水平。该机组能量捕获的最大化，不仅是因为有164米直径的巨大风轮，还因 为优化了风轮与发电机的比例。由于采用较少数量的大型风力机而减少了运行和管理的成本。减少了 投资风险的规模， 因为较少数量的风力机也意味着较少的基础和电缆。由于 164-7.0MWVestas 的结构 设计寿命是25 年，产业标准突出，因而使投资商的投资回报实现最大化。这会给业主一个更长的发电 期限，并增加业主的商业效益。设计理念是：可靠性高、可预测、保障寿命期性能。尽可能减少维修 次数，需要维修时，要做到安全、快捷和低成本。 2.2 德国西门子公司的海上风电机组； 作为世界

9、海上风电领域的领军者，西门子2010 年在上海建立了风机叶片制造基地，2011 年赢得 中国首个海上风电订单，同年10 月，西门子风力发电集团亚太区总部落户上海。西门子将为中国带 来先进的风电机组技术、国际化项目管理以及海上风电领域的运行经验。 面向未来，该公司正在研制SWT-6.0-154 直驱式新型海上风电机组。该机组风轮直径154 米， 风轮轴后倾6o。机组额定功率为6MW, 风轮直接驱动永磁发电机，结构紧凑，塔架上部重量为仅360 吨。该机组主要特点如下：1) 量子（力学）叶片独特的设计和制造程序，采用一体化叶片，为获得最大的强度，实行一体化浇 注。为中高速风况优化气动特性，为更高的输

10、出能量而增长了叶片长度。为使根部泄漏最小化并增 加升力而设计了叶片根部2）直驱发电机永磁设计。全封闭、容易接近、轻重量设计；在可靠性和效率之间优化设计。与带齿 轮箱的风电机组比，整机零件数量减少50% 3）机舱坚固轻重量结构。进行了宽敞、人体工程学设计，并具有最大的服务能力。 4）冷却系统设计了简单、坚固流畅连接的水冷系统；顶部安装的被动冷却散热器，高效的两级冷却 保证良 好的效果。 ? 2.3 西班牙 Gamesa公司的 G128型 4.5MW海上风电机组 ; 西班牙 Gamesa公司研制出风轮直径128 米、轮毂高度120 米的 G128 型 4.5MW高速传动永磁风电机组，机头重量250

11、 吨，属于半直驱永磁风电机组大型化的一个范 例，该机组采用两段式（碳纤维）叶片；混合式塔筒（混凝土钢），减少投资；内置吊车，便于安 装和拆卸部件；该机组采用一个两级传动的行星齿轮箱、永磁发电机和全功率变流器：该变流器由 6 个并联的770kW变流器（ IGBT）组成，提高了可靠性。该机组已有两台安装到现场。2.4 美国 GE公司的海上风电机组; 美国 GE公司研制的GE4.1-113 型直驱式海上风电机组，风轮直径113 米，额定功率 4.1MW,采用 永磁发动机，是美国GE风能公司首次研制的大型直驱式海上风电机组。2.5 德国 Enercon 公司的 7MW 直驱励磁风电机组 德国 Ener

12、con 公司安装在比利时11 台新一代E-126 直驱风电机组, 风轮直径127 米， 采用了 1600 吨的履带吊安装。单机容量为7MW ；采用 2 段式叶片，便于运输和现场组装；轮毂高度198 米，采用 混合式塔筒钢制顶段，其余由混凝土建造，塔底直径为14.5 米。该机组采用“蛋形”机舱；新型叶片设计，与机舱罩和导流罩有机融合，使气流均匀地通过机舱，减少湍流和扰流，提高发电量；叶片 采用了“小翼”叶尖，可以在风轮平面内抑制生成扰流和旋涡，从而降低噪声，提高发电量；叶片法兰直径大，采用双列螺栓连接。该机组采用励磁发电机，是德国Enercon 公司近年来研制的最大型直 驱式风电机组。6MW 直

13、驱励磁风电机组已经安装3 台，其前身6MW 直驱励磁风电机组已经安装9 台，总安装两量为11 台。 但是，到目前为止，这种机型还没有在海上风电场安装。2.6 远景能源拟开发两叶片3.6MW直驱永磁海上风电机组 远景能源公司正在设计E128 型 3.6MW双叶片风轮直驱式海上风电机组。风轮直径128 米，由两个叶 片组成。叶片总长度为62 米，叶片由根部定桨距部分和叶身变桨距部分两部分组成，号称部分变桨 叶片。一部分是根部长度20 米的定桨距叶片，一部分是外部长度42 米的变桨距叶片。双叶片风轮 可通过海上运输船直接整体运输，而且风轮总成可以一次吊装就位，因而节省安装时间和成本。风 轮叶片的定桨

14、距部分在25 米/ 秒 30 米/ 秒风速范围内仍可工作。2.7 法国阿尔斯通公司开发了阿尔斯通(Alstom)Haliade150型直驱式海上风电机组，额定功率为 6MW 。采用液压冷却的永磁发电机。变流器置于塔架底部空间内。叶片长度为73.5 米，没有使用碳 纤维，叶片的表面由聚氨酯腹膜覆盖，叶片的迎风边做了抗腐蚀保护性处理。 2.8 德国 Nordex 公司正在研制6MW 直驱式海上风电机组根据德国Nordex 公司的计划，风轮直径150 米的 N150/6000 风电机组样机将于2012 在陆地上安装， 2013 年在海上安装，并于2014 年投入批量生产。表： 3 欧美重点企业正在研

15、制的海上大功率风电机组序号公司名称型号功率（ MW ）技术组合所处研发阶段1Vestas164-7.0MW7中速齿轮箱 +永磁发电机 +全 功率变流器设计研制2西门子SWT-6.0-1546直驱永磁式风电机组+全功 率变流器样机试验3GamesaG128-4.5MW4.5中速齿轮箱 +永磁发电机 +全 功率变流器样机试验4GE windGE4.1-1134.1直驱永磁式风电机组+全功 率变流器样机研制5EnerconE-1267直驱励磁式风电机组+全功 率变流器产品试验6远景能源E-1283.6直驱永磁式风电机组+全功 率变流器设计7阿尔斯通Haliade1506永磁式风电机组+全功率变 流器

16、设计研制8NordexN150/60006直驱式风电机组+全功率变 流器样机制造从表 3 看出：欧美重点企业面向未来开发的海上风电机组大多数部采用了直驱永磁风电机组+全功率变流器的技术组合。部分企业采用了中速齿轮箱+永磁风电机组 +全功率变流器的技术组合。 3 我国海上大功率风电机组设计、制造、研发的现状； 3.1 华锐风电大型海上风电机组研发现状 华锐风电6MW 海上风电机组已经于2011 年 10 月下线。华锐风电SL6000 系列风力发电机组是目 前中国第一台自主研发、拥有完全自主知识产权的电网友好型风电机组。可以广泛应用于陆地、海 上、潮间带各种环境和不同风资源条件的风电场。该机组风轮直径长达128 米，增加了扫风面积， 提升了捕风能力，大大提高了风资源的有效利用率；同时可适应于-45 摄氏度的极限温度，并通过 了 62.5 米/ 秒的极限风速测试。 SL6000采用平行轴齿轮传动和鼠笼异步电机技术，保证机组的高可靠性和经济性；通过全功率中 压变频技术，使之具有优越的并网特性，电网适应能力强；此外，卓越的低电压穿越能力，可以满足 各国电网导则的严苛要求；C