引进技术战略分析

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1、1 全球风电产业技术发展及趋势纵观世界风电产业技术现实和前沿技术的发展，目前全球风电制造技术发展 主要呈现如下特点：1.1 水平轴风电机组技术成为主流水平轴风电机组技术，因其具有风能转换效率高、转轴较短，在大型风电机 组上显出经济性等优点，使水平轴风电机组成为世界风电发展的主流机型，并占 到 95% 以上的市场份额。同期发展的垂直轴风电机组因转轴过长、风能转换效率 不高，起动、停机和变桨困难等问题，目前市场份额很小、应用数量有限，但由 于其全风向对风、变速装置及发电机可以置于风轮下方或地面等优点，近年来， 国际上相关研究和开发也在不断进行并取得一定进展。1.2 风电机组单机容量持续增大近年来，

2、世界风电市场中风电机组的单机容量持续增大，随着单机容量不断 增大和利效率提高，世界上主流机型已经从 2000 年的 500-1 000 kW 增加到 2008 年的2=3 MW,近年来，海上风电场的开发进一步加快了大容量风电机组的发展， 2008年底世界上已运行的最大风电机组单机容量己达到6MW，风轮直径达到127 m. 目前，己经开始8-10 MW风电机组的设计和制造。13 变桨变速功率调节技术得到广泛采用由于变桨距功率调节方式具有载荷控制平稳、安全和高效等优点，近年在大 型风电机组上得到了广泛应用。结合变桨距技术的应用以及电力电子技术的发展 大多风电机组开发制造厂商开始使用变速恒频技术，并

3、开发出了变桨变速风电机 组，使得在风能转换上有了进一步完善和提高。 2007 年，在全球所安装的风电 机组中有 92%的风电机组采用了变桨变速方式，而且比例还在逐渐上升。我国 2008年安装的兆瓦级风电机组中，也都是变桨距机组。2 MW以上的风电机组大 多采用三个独立的电控调桨机构，通过三组变速发电机和减速箱对桨叶分别进行 闭环控制。1.4 双馈异步发电技术己占主导地位以 Vestas 公司的 V80, V90 为代表的双馈异步发电型变速风电机组，在国际 风电市场中所占的份额最大。德国 Repower 公司利用该技术开发的机组单机容量 已经达到5 MW.西门子公司、德国Nordex公司、西班牙

4、Gamesa公司、美国GE 风能公司和印度Suzlon公司都在生产双馈异步发电型变速风电机组，2008年新 增风电机组中，双馈异步发电型变速风电机组仍然占 80%以上。目前，欧洲正在 开发10 MW的双馈异步发电型变速恒频风电机组。15 直驱式、全功率变流技术得到迅速发展无齿轮箱的直驱方式能有效地减少由于齿轮箱问题而造成的机组故障，可有 效提高系统的运行可靠性和寿命，减少维护成本，因而得到了市场的青睐。采用 无齿轮箱系统的德国 Enercon 公司在 2007 年仍然是德国、葡萄牙风电产业的第 一大供应商和印度风电产业的第二大供应商。西门子公司已经在丹麦的西部安装 了两台3. 6Mw的直驱式风

5、电机组，这两台风力机正处于试运行阶段。其他主要 制造企业也在积极开发研制直驱风电机组。我国新疆金风科技有限公司与德国 Vensys公司合作研制的1.5 MW直驱式风电机组，已有数百台安装在风电场。2007 年新增风电机组中，直驱式风电机组已占 15%。伴随着直驱式风电系统的出现，全功率变流技术得到了发展和应用。应用全 功率变流的并网技术，使风轮和发电机的调速范围扩展到 0-150%的额定转速， 提高了风能的利用范围。由于全功率变流技术对低电压穿越技术有很好且简单的 解决方案，对下一步发展占据了优势。与此同时，半直驱式风电机组也开始出现 在世界风电市场上。在轴承支撑方式上，单个回转支承轴承代替主

6、轴和两轴承成 为某些2 MW以上机组的选择，如：富兰德的2. 5 MW风机，这说明无主轴系统 正在成为欧洲风电机组发展的一个新动向。1. 6 大型风电机组关键部件的性能日益提高随着风电机组的单机容量不断增大，各部件的性能指标都有了提商，国外己 研发出3 000 = 12 000 V的风力发电专用高压发电机，使发电机效率进一步提高； 高压三电平变流器的应用大大减少了功率器件的损耗，使逆变效率达到 98%以上 某些公司还对桨叶及变桨距系统进行了优化，如德国 ENERCON 公司在改进桨叶后 使叶片的饰值达到了 0.5 以上。从 2007 年胡苏姆风能展的情况看，欧洲风电设 备的产业链已经形成，为今

7、后的快速发展莫定了基础。某些基础结构件、铸锻件 有向我国转移的趋势。1.7 智能化控制技术的应用加速提高了风电机组的可靠性和寿命 鉴于风电机组的极限载荷和疲劳载荷是影响风电机组及部件可靠性和寿命 的主要因素之一，近年来，风电机组制造厂家与有关研究部门积极研究风电机组 的最优运行和控制规律，通过采用智能化控制技术，与整机设计技术结合，努力 减少和避免风电机组运行在极限载荷和疲劳载荷，并逐步成为风电控制技术的主 要发展方向。18 叶片技术发展趋势随着风电机组尺寸的增大，叶片的长度也变得更长，为了使叶片的尖部不与 塔架相碰，设计的主要思路是增加叶片的刚度。为了减少重力和保持频率，则需 要降低叶片的重

8、量，好的疲劳特性和好的减振结构有助于保证叶片长期的工作寿 命。额外的叶片状况检侧设备将被开发出来并安装在风电机组上，以便在叶片结 构中的裂纹发展成致命损坏之前或风电机组整机损坏之前替示操作者。对于陆上 风电机组来说，这种检侧设备将会成为必备品。为了增加叶片的个刚度并防止它 由于弯曲而碰到塔架，在长度大于50 m 的叶片上将广泛使用强化碳纤维材料。 为了方便兆瓦级叶片的道路运输，某些公司己经把叶片制作成两段。例如德国 Enercon 公司的 E126 6 M11 风电机组的叶片由内、外两段叶片组成，靠近叶根 的内段由钥制造，外包玻璃钥壳体形成气动形状表面。智力材料例如压电材料将 被使用以使叶片的

9、气动外形能够快速变化。为了减少叶片和整机上的疲劳负荷， 可控制的尾缘小叶可能被逐步引入叶片市场。热塑材料的应用：LM Glasfibre公司正开展一项耗资800万欧元的研究项 目，目的是用玻璃钢、碳纤维和热塑材料的混合纱丝去制造叶片。一具这种纱丝 铺进模具，加热模具到一定温度后，塑料就会融化，并将纱丝转化为合成材料， 这可能会使叶片生产时间缩短 50%。1.9 风电场建设和运营的技术水平日益提高随着投资者对风电场建设前期的评估工作和建成后运行质量的越来越高的 要求，国 外已经针对风资源的测试与评估开发出了许多先进测试设备和评估软件。在风电 场选址，特别是选址方面已经开发了商业化的应用软件。在风

10、电机组布局及电力 输配电系统的设计上也开发出了成熟软件。国外还对风电机组和风电场的短期及 长期发电量预测做了很多研究，精确度可达 90%以上。1.10 近海风电技术成为重要发展方向随着风力发电的迅速发展，欧洲陆上风电场的一些问题如占用土地、影响自 然景观、噪声、对周围居民生活带来不便等逐渐显露出来，近年来，欧洲风电场 建设从陆上向近海逐步发展，但是步伐较慢。由于近海风电机组对噪声的要求较 低，采用较高的叶尖速度可降低机舱的重量和成本。国外除对近海风电机组根据 近海特点进行特别设计和制造外，对近海风电场的建设也做了很多工作，包括对 近海风电场的风资源测试评估、风电场选址、基础设计及施工、风电机组

11、安装等 方面的深入研究，开发了专门的近海风资源测试设备、安装近海风电机组的近海 安装平台和专门用于风电运输的近海安装运输船，并建设了一些近海示范型风电 场，推动了近海风电技术发展。到2008 年底，全世界共建成24个近海风电场， 预计2009 年以后德国也将大规模开发近海风电场。但是目前建设近海风电场的 造价是陆地风电场的 1.7-2.5 倍，发电量是陆上风电场的 1.4 倍，其经济性仍不 如陆地风电场，并且，近海风电场设备维修保养困难。到2015年底，全球预计建设总容量达18. 49 GW （一般估算）24.256 GW （乐观估算）的海上风电场。未来风能技术更新发展的驱动力主要来自蓬勃崛起

12、 的近海风电场建设，这一发展趋势已经不可逆转。1 11 标准与规范逐步完善德国、丹麦、荷兰、美国和希腊等国家加快完善了对风电技术标准，建立了 认证体系和相关的检测和认证机构，同时也采取了相应的贸易保护性措施，如欧 盟对风力发电的电磁兼容问题实施了强制标准，德国即将实施的风电新标准要求 接入电网的风电设备在电网出现短路故障时能提供较大的短路电流，这一规定使 德国 ENERCON 公司在竞争中保持了主动地位。自 1988 年国际电工委员会成立了 IEC/TC88 “风力发电技术委员会”以来，到目前已发布了 10多项国际标准，这 些标准绝大部分是由欧洲国家制定的，是以欧洲的技术和运行环境为依据编制的

13、 也为保证产品质量、规范风电市场、提高风电机组的性能和推动风电发展奠定了 重要基础2 我国大型风电市场前景目前，中国的风电装机容量为全国电源总装机容量的1%.中国风电具有大规 模发展的前景，主要原因是：2.1 中国的风能资源丰富中国气象局风能太阳能资源评估中心最近采用数值模拟方法得到的结果：全 国陆上50 m高度风功率密度达到300W/m?的面积约54 T km二,按每平方公里装机 5MW作为技术可开发量估计，技术可开发量约为26.8亿kW；在离岸20 km的海 域范围内，技术可开发面积约为3.7万耐，离海面50 m高度层风能资源技术可 开发量为1. 8亿kW；我国风能资源总的技术可开发量为2

14、8.6亿kW,陆地大于近 海。我国的风能资源主要分布在三北地区和东南沿海及岛屿地区。2.2 中国的电网条件较好一方面，东南沿海地区已有较强的高压输电网，因 此，风电机组在并网上不会有很技术问题：另一方面，西部地区虽然目前电网较 弱，但随着经济的发展，电网将不断延伸和增强。2.3 中国的风电制造业发展迅速目前 1.5 MW 以下的风电机组已能大批量生产，2 MW 风电机组已经小批量生 产并成功运行，3 MW 机组已经试运行，5 MW 大功率风力发电机组正在开发之中， 2010 年后，我国将进入全球风电设备生产大国的前列，可为我国风电场建设提 供可靠的装备支持。2.4 国家法律、政策支持随着中华人

15、民共和国可再生能源法的贯彻实施及其配套法规的完善和执 行，以及采用固定上网电价等措施的出台，必将对包括风能在内的可再生能源的 发展起到更加有力的推动作用。2.5 风电特许权项目国家发改委已经进行了五期风电特许权示范项目，为了促进风力发电的规模 化发展和商业化经营，要求每个风电场的规模不小于10万kW,单机容t不小于1 000 kW, 其中本地化风电机组要求不少于 7096.另外，国家发改委已经要求各省 政府在今后五年内提出另外 20 个风电特许权项目建议，每个项目规模为 10 万 =30万kW,并且在河北建立首个百万千瓦级风电基地，还提出了打造西部，陆上 三峡的规划，甘肃省酒泉的千瓦级风电基地

16、建设项目也经将启动。2.6 发展潜力空间大。2007 年我国政府公布的可再生能源中长期发展规划首次明确了强制性市场 份额的数量目标。对非水电可再生能源发电规定强制性市场份额目标：到 2010 年和 2020 年，大电网覆盖地区非水电可再生能源发电在电网总发电量中的比例 分别达到1%和3%以上；权益发电装机总容量超过500万kW的投资者，所拥有的 非水电可再生能源发电权益装机总容量应分别达到其权益发电装机总容量的 3% 和 8% 以上。电力装机权益容量超过 500 万 kW 的投资者，非水电可再生能源的装机容 2010年达到3%,即2 400万kW； 2020年达到8%,即9 600万kW,实际上生物质能 和太阳能发电的总量很小，需要风电达到电量目标。据有关单位的初步预测，我国2020年风电装容量将达到1 5亿kW, 2050 年达到 5 亿 kW， 2020 年以后，风力发电将在能源供应和减排温室气