2009风电产业发展研究报告(2)

　　［真空灌注制品产业网］
　　3．变速恒频风力发电机系统风电产业 风电产业 真空灌注工艺 真空辅助 真空袋压 真空注射 风电叶片
　　变速恒频是指在风力发电的过程中，发电机的转速可以随风速而变化，然后通过适当的控制措施使其发出的电能变为与电网同频率的电能送入电力系统。风力发电机通过旋转叶片及发电机把风能变为交流电能（其频率随风速而变化），通过整流装置将交流电变为直流电，再通过逆变装置将直流电变为恒频（工频）交流电能，后通过升压变压器，送入电力系统。

　　变速恒频风力发电系统具有非常突出的优点：

　　（1）风力机可以大限度的捕获风能，因而发电量较恒速恒频风力发电机大。

　　（2）较宽的转速运行范围，以适应因风速变化引起的风力机转速的变化。

　　（3）采用一定的控制策略可以灵活调节系统的有、无功功率。

　　（4）可抑制谐波，减少损耗，提高效率。其主要问题是由于增加了交直交变换装置，大大增加了设备费用。

　　4．交流励磁双馈发电机变速恒频风力发电系统

　　系统采用的发电机为转子交流励磁双馈发电机，其结构与绕线式异步电机类似。当风速变化引起发电机转速n变化时，控制转子电流的频率f2，可使定子频率f1恒定，当发电机的转速n小于定子旋转磁场的转速n1时，即n<n1，处于亚同步状态，此时变频器向发电机转子提供交流励磁，发电机定子发出电能给电网；当n>n1时，处于超同步状态，此时发电机同时由定子和转子发出电能给电网，变频器的能量流向逆向；当n＝n1时，处于同步状态，此时发电机作为同步电机运行，变频器向转子提供直流励磁。由此可知，当发电机的转速n变化时，若控制f2相应变化，可使f1保持恒定不变，即与电网频率保持一致，也就实现了变速恒频控制。

　　由于这种变速恒频控制方案是在转子电路实现的，流过转子电路的功率是由交流励磁发电机的转子运行范围所决定的转差功率，该转差功率仅为定子额定功率的一小部分，这样该变频器的成本以及控制难度大大降低。

　　这种采用交流励磁双馈发电机的控制方案除了可实现变速恒频控制，减小变频器的容量外，还可实现有功、无功功率的灵活控制，对电网而言可起到无功补偿的作用。缺点是交流励磁发电机仍然有滑环和电刷。

　　除了风电场、风电机组制造商外，和风电行业相关的还有配套厂家、风机维护厂家、风能研究机构、协会制造厂等。

　　（三）风电厂系统
　　风电厂设备包括风电机组、辅助设备和其它配套设施。由于风速变化的随机性，风电机组又常年在野外运行，承受极为复杂恶劣的交变载荷，目前风电机组的运行寿命按20年设计，要求能经受住60m/s的暴风雨袭击，代表机组可靠性的可利用率要达到0.95以上，并能够无人值班运行。而且由于风的能量密度小，需要庞大的机体，风轮直径和塔架高度早已超过50m。综上所述，对风力发电机组材质要求高，设计和制造难度较大。

　　风力发电系统主要包括以下三个部分：先，风力发电机组，包括风力发电机、机舱、塔架、控制器等。其次，辅助设备，即通用的电力和控制设备，包括输变电设备及线路，通讯控制系统等。后，其它配套设施，包括风力发电机组以及辅助设备的基础、厂房、道路等。

　　风力发电机系统和辅助设备的零部件在国内各专门厂家生产，然后通过铁路和公路运输运送到风电场，并在现场进行总装和吊装，平均运输距离2400KM。电厂配电设施建设中建筑材料一部分来源于当地，如沙、水泥等，另一部分来自于国内其它厂家，如钢、铁、铝、玻璃等，平均运输距离100KM。

　　三、风力发电产业发展因素
　　近十年来，风电产业获得了超常发展，这取决于支撑风电产业的一个条件和三个驱动因素。一个条件就是存在丰富的风力资源，三个驱动因素分别是对环境问题日益重视、国际油价的持续高企和风电技术日益成熟。

　　（一）风电发展不存在资源瓶颈
　　风能是地球表面大量空气流动所产生的动能，太阳对地球的辐射能约有2%转变为风能。气象组织估计的风能约为2.74×109MW，其中可利用的风能为2×107MW，比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍，相当于10800亿吨标准煤产生的能量，约是全目前能源消费量的100倍。

　　目前，已经开发的风能仅占风能资源微不足道的一小部分。电力需求预计到2020年会上升到每年25.578万亿千瓦时，如果50%的风能资源被利用，则可满足电力需求。就我国而言，风力资源列第三，排在俄罗斯和美国之后。根据新风能资源评估，陆地可利用风能资源3亿千瓦，加上近岸海域可利用风能资源，共计约10亿千瓦。

　　（二）环境问题日益严重推动各国政府扶持清洁新能源的发展
目前，国际社会日益感觉到环境污染和气候变暖问题的严重性，纷纷采取措施试图遏制环境问题的恶化，措施之一就是扶持清洁新能源的发展。

　　风电是一种可大规模商业开发的清洁新能源。从国际经验来看，政府的激励政策在风电产业发展过程中的作用举足轻重。这些政策措施包括各种形式的补贴、价格优惠、税收减免、贴息或低息贷款等。高强度的激励机制是克服发展障碍，促进产业发展的关键性措施之一。

　　目前的激励本国风电发展的政策措施主要有：风电设备产业化专项资金补助、国产化率70%的要求、风电全额上网、电价分摊和财税上扶持，这些措施对激发国内风电投资热情，扶持本土风电机组制造业起到重要作用。

　　（三）高油价迫使各国寻求可再生的替代能源
从2003年以来，国际油价持续攀升，至2007年底已经数次逼近100美元大关，国际油价持续走高带动天然气、煤炭等化石能源的价格同步走高。

　　化石能源的价格维持高位使替代的新能源如风能发电、核能发电和太阳能发电在经济上可行，这些因素导致了包括风电的新能源投资热潮。

　　（四）风力发电技术日益成熟
　　化石等一次性能源的特点如环境成本增加、不能再生等决定了成本将不断上涨；而随着技术成熟和规模效应的发挥，风电、核电等新能源发电的成本将进一步降低。而在众多新能源中，风电是具商业开发前景的新能源之一。近些年，随着风电技术的日益成熟，风电装机容量不断增大，并网性能不断改善，发电效率不断提高，风电设备在能源设备中脱颖而出。

　　随着风电技术的成熟和规模效应的显现风电机组价格不断下降，由此带来风电成本的持续降低。上世纪80年代到90年代初风电成本下降较快；90年代中期以来，成本下降趋缓，即使这样，风电成本也达到每5年下降20%，照此速度，到2020年，即使没有补贴，风电的成本将接近常规的能源。