海上風(fēng)電機(jī)組技術(shù)最新動(dòng)向

中船重工集團(tuán)經(jīng)濟(jì)研究中心 劉嘯波

早在上世紀(jì)80至90年代，歐洲就開始了大范圍的海上風(fēng)能資源評(píng)估及相關(guān)技術(shù)研究。世界海上風(fēng)電發(fā)展歷程主要分為三個(gè)階段：第一個(gè)階段是從1990年到2000年，海上風(fēng)電處于小規(guī)模研究和開發(fā)階段；第二個(gè)階段是從2000年至2008年，海上風(fēng)電進(jìn)入大規(guī)模商業(yè)化開發(fā)階段；第三個(gè)階段是2008年至今，全球風(fēng)電產(chǎn)業(yè)掀起了新一輪的“下?！睙岢薄?009年世界海上風(fēng)電新增裝機(jī)容量達(dá)689MW，同比增幅超過100%；世界海上風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)容量達(dá)2110MW，較2008年增長(zhǎng)48.5%，占到全球風(fēng)電總裝機(jī)量的1.2%。此外，據(jù)歐洲風(fēng)能協(xié)會(huì)預(yù)測(cè)，到2030年，海上風(fēng)電裝機(jī)量約占世界風(fēng)電總裝機(jī)量的比例將提高至40%。由此可見，海上風(fēng)電已經(jīng)進(jìn)入新一輪的發(fā)展高潮。

大型化、深?；椒ゼ涌?/h2>

從1990年第一臺(tái)單機(jī)功率220KW海上風(fēng)機(jī)問世到2000年兆瓦級(jí)海上風(fēng)機(jī)的出現(xiàn)，花了整整十年時(shí)間。隨后，從2000年至2007年，短短七年間，先后出現(xiàn)1.5MW、2MW、2.3MW、3MW、3.6MW、5MW風(fēng)電機(jī)組用于海上風(fēng)場(chǎng)項(xiàng)目。目前，海上風(fēng)電機(jī)組主要集中在2MW至5MW。下一代海上風(fēng)電兆瓦級(jí)機(jī)組將是6MW至10MW。丹麥Vestas表示其6.0MW風(fēng)機(jī)將于明年面世；美國(guó)Clipper公司在英國(guó)開發(fā)10MW樣機(jī)，計(jì)劃于2011年底安裝調(diào)試。同時(shí)，海上風(fēng)機(jī)離岸距離從1990年瑞典Nogersund風(fēng)場(chǎng)的250m一直延伸到2008年比利時(shí)Thomton Bank風(fēng)場(chǎng)的30km，工作水深也由瑞典Nogersund風(fēng)場(chǎng)的6m加深到2007年英國(guó)Beatrice風(fēng)場(chǎng)的45m?？梢钥吹?，海上風(fēng)機(jī)大型化、深?；厔?shì)明顯，且步伐不斷加快。

變槳變速功率調(diào)節(jié)技術(shù)備受青睞

由于變槳距功率調(diào)節(jié)方式具有載荷控制平穩(wěn)、安全和高效等優(yōu)點(diǎn)，近年在大型風(fēng)電機(jī)組上得到了廣泛應(yīng)用。結(jié)合變槳距技術(shù)的應(yīng)用以及電力電子技術(shù)的發(fā)展，大多風(fēng)電機(jī)組開發(fā)制造廠商開始使用變速恒頻技術(shù)，并開發(fā)出了變槳變速風(fēng)電機(jī)組，使得在風(fēng)能轉(zhuǎn)換上有了進(jìn)一步完善和提高。2006年，在全球所安裝的風(fēng)電機(jī)組中有92%的風(fēng)電機(jī)組采用了變槳變速方式，而且比例逐年上升。我國(guó)2007年安裝的兆瓦級(jí)風(fēng)電機(jī)組中，也都是變槳距機(jī)組。

直驅(qū)式風(fēng)機(jī)不斷增加

隨著對(duì)風(fēng)機(jī)可靠性要求的不斷提高，海上風(fēng)機(jī)直驅(qū)式（無齒輪箱）設(shè)計(jì)將不斷增加。直驅(qū)式風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，零部件較少，且無需安裝齒輪箱，能有效減少由于齒輪箱問題而造成的機(jī)組故障，可有效提高系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性和壽命，減少維護(hù)成本，因此較傳統(tǒng)機(jī)型更有競(jìng)爭(zhēng)力。2009年，金風(fēng)生產(chǎn)了1200臺(tái)1.5MW直驅(qū)式永磁發(fā)電機(jī)。Enercon和金風(fēng)占2009年世界風(fēng)機(jī)市場(chǎng)容量13.9%份額。2009年秋，西門子生產(chǎn)一種新型3.0MW直驅(qū)永磁風(fēng)機(jī)，計(jì)劃到2011年將其大規(guī)模商業(yè)化推廣。

控制技術(shù)日趨智能

在未來海上風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)中，智能化將是海上風(fēng)機(jī)的一個(gè)重要發(fā)展方向。鑒于風(fēng)電機(jī)組的極限載荷和疲勞載荷是影響風(fēng)電機(jī)組及部件可靠性和壽命的主要因素之一，近年來，風(fēng)電機(jī)組制造廠家與有關(guān)研究部門積極開展風(fēng)電機(jī)組的最優(yōu)運(yùn)行和控制規(guī)律研發(fā)，通過采用智能化控制技術(shù)與整機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)結(jié)合，努力減少和避免風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行在極限載荷和疲勞載荷。可以說，智能控制逐步成為風(fēng)電控制技術(shù)的主要發(fā)展方向。