毕业设计2 - 图文(2)

2019-03-22 18:03

年初,根据技术发展和能源需求的需要,欧盟又进一步修订了发展计划,希望2010年风电装机容量达到80GW;到2020年风电装机容量达到180GW,发电量达到3600亿kW·h;2030年风电装机容量达到300GW,发电量达到6000×108kW·h,分别占届时欧盟风电装机容量和发电量的35%和20%。2006年,美国可再生能源理事会提出了将可再生能源的比例由目前的4%左右,提高到2025年的25%的发展目标。美国风能协会也提出了未来依靠风电满足国内20%电力需求的宏伟目标。英国、法国、加拿大、澳大利亚、日本和东欧的波兰等国也开始加速发展风电。

1.3.2 我国风电

装机容量

2004年年底,全国的风力发电装机容量约为764MW。2005年2月《可再生能源法》颁布之后,当年风力发电新增装机容量超过60%,总容量达到了1260GW。2006年新增装机容量超过100%,累计装机容量超过2.6GW。2007年又新增装机容量3.3GW,累计装机容量达到5.9GW,超过丹麦,成为世界第5风电大国。当年装机容量仅次于美国和西班牙,超过德国和印度,成为世界上最主要的风电市场之一。风电累计装机容量从2003年年末的567MW增加到了2008年年末的12.21GW,增加了205倍。2008年新增装机容量超过印度,成为亚洲第一、世界第四、风电装机容量超千万千瓦的风电大国。2009年新增装机容量13.85GW,累计装机容量为26GW,总装机容量跃居世界第2位。

风电设备制造能力

风电设备制造业发展迅猛。2005年之前,我国只有少数几家风电设备制造商,它们规模小、技术落后,风电场建设主要依赖进口风电整机。《开再生能源法》颁布后,风电整机制造企业已超过40家。除金风科技和浙江运达加大投入、迅速扩张之外,东方汽轮机、华锐风电、中国船舶、通用电气、湖南湘电、上海电气、广东明阳、维斯塔斯、歌美飒、苏司兰、西门子等一批国内外大型制造业和投资商纷纷进入我国风电设备制造业市场。

风电技术研发

“九五”和“十五”期间,我国政府组织实施“乘风计划”和“国家科技攻关计划”,以及国债项目和风电特许权项目,支持建立了首批6家风电整机企业,进行风电

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技术的引进和消化吸收,部分企业掌握了单机容量600kW和750 kW定桨距风电机组的总装技术和关键部件设计制造技术,实现了规模化生产,迈出了产业化发展的第一步。“十五”期间,还开展了1000 kW、1500 kW变速恒频风电机组,以及1200 kW永磁直驱风电机组的研发与联合攻关,取得阶段性成果。经过“十五”期间的自主研究和技术引进,我国已基本掌握了以双馈发电机为代表的变速恒频风电机组的控制技术,研制成功兆瓦级风电机组样机。我国风电技术与国外风电技术的差距正在不断缩小。

1.4 国内外风电机组发展趋势

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:

1.4.1 产业集中是总的趁势

2009年,世界排名前十位的风电机组制造企业占据了全球78.7%的市场份额,世界排名前十五位的风电机组制造企业占据了全球88.1%的市场份额,丹麦VESTAS、美国GE WIND、中国华锐、德国ENERCON、中国金风这前5家企业,就占据了国内外49.8%市场份领。可以看出:世界风电机组制造企业形成了由十多家大型风电机组制造企业控制或垄断的局面。

近几年,风电设备制造企业之间的兼并、重组、收购愈演愈烈。法国阿海珐集团收购-Multibrid;丹麦的Vestas公司兼并NEG。Micon公司;美国GE公司收购了德国安然风电公司;Siemes公司收购了丹麦AN/Bonus和德国winergy AG公司;印度Suzlon公司控股了Repower公司;金风科技收购了德国Vensys公司;湘电股份1000万欧元收购荷兰达尔文公司;中复连众收购了德国NOI公司;中航惠腾2009年收购了荷兰CTC叶片公司;美国GE公司与哈电集团合资成立了通用哈电风能(沈阳)公司和哈电通用风能(江苏)公司。此外,各大公司在主要市场集中地都建立了生产基地,一个大公司相当于多个公司的集成。

1.4.2 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

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更显出经济性等优点,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,启动、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。

1.4.3 风电机组单机容量持续增大

近年来,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用效率提高,世界上主流机型已经从2000年的500-1000kW增加到2009年的2-31VM。我国主流机型已经从2005年的600-1000kW增加到2009年的850-2000kW, 2009年我国陆地风电场安装的最大风电机组为2MW。

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已达到6MW,风轮直径达到127m。目前,已经开始8-10MW风电机组的设计和制造。我国华锐风电的3MW海上风电机组已经在上海东海大桥海上风电场成功投入运行, 5MW海上风电机组已在2010年10月底下线。目前,华锐、金风、东汽、国电联合、湖南湘电、重庆海装等公司都在研制5MW或6MW的大容量风电机组。

1.4.4 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采用。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。2009年,在全球所安装的风电机组中有95%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2009年安装的MW级风电机组中,也全部是变桨距机组。2MW以上的风电机组大多采用三个独立的电控调桨机构,通过三组变速电机和减速箱对桨叶分别进行闭环控制。

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1.4.5 双馈异步发电技术仍占主导地位

以丹麦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5MW。西门子公司、德国Nordex公司、西班牙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,2009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10MW的双馈异步发电型变速恒频风电机组。

我国内资企业华锐风电、东方气轮机、国电联合动力、广东明阳等企业也在生产双馈异步发电型变速风电机组。2009年我国新增风电机组中,双馈异步发电型变速风电机组仍然占82%以上。目前,我国华锐风电研发的3MW的双馈异步发电型变速恒频风电机组已经投入运行。

1.4.6 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2009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,在新增风电装机容量中,Enercon公司已占本国市场份额的55%以上。西门子公司已经在丹麦的西部安装了两台3GMW的直驱式风电机组,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。5MW直驱式风电机组,已有上千台安装在风电场。

金风科技在2009年是我国风电市场的第二大供应商。同时,我国湘电公司的2MW直驱风电机组也已批量进入市场。其他如:广西银河艾迈迪、航天万源、潍坊瑞其能、包头汇全稀土、江西麦德公司、山东鲁能等制造企业也开发研制了直驱风电机组。2009年新增大型风电机组中,直驱式风电机组已超过17%。

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。至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

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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,单个迥转支承轴承代替主轴和两轴承成为某些2兆瓦以上机组的选择,如:富兰德的2.5兆瓦风机,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。

1.4.7 大型风电机组关健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高,国外己研发出3000V-12000V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 Cp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,为今后的快速发展奠定了基础。

我国在大型风电机组关键部件方面也取得明显进步,如南京高速齿轮箱厂、重庆齿轮箱厂、大重减速机厂、杭州前进齿轮箱厂和德阳二重等主要齿轮箱制造企业生产的大型风电机组齿轮箱,供货能力充足,质量已有明显提高;保定惠腾、连云港中复连众和中材科技已能生产长达48.8m,与3兆瓦风电机组配套的大尺寸叶片,兰州电机厂生产的发电机等产品质量都有很大提高。从2009年上海第四届风能展的情况看,我国风电设备的产业链已经形成,为今后的快速发展奠定了稳固的基础。我国在某些基础结构件、铸锻件等领域已经具有优势,不仅能满足国内市场需求,而且已经向国际市场供货。

北京科诺伟业能源科技有限公司、合肥阳光电源有限公司、北京清能华福风电技术有限公司、天津瑞能电气、龙源电气、九州电气和禾旺电气等10多家企业已具备兆瓦级风电机组变流器研发、生产和供货能力。

1.4.8 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。

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