中国风电技术发展之路

作者:叶杭冶 文章来源:浙江运达风电股份有限公司 发布时间:2012-09-25
分享到
我国风电开发已经从建设大基地,融入大电网的模式转向到集中+分散的方式,大规模风电基地,内陆及高原地区低风速风场,海上风场将会起主导地位.

我国风电开发已经从“建设大基地、融入大电网”的模式转向到“集中+分散”的方式,大规模风电基地、内陆及高原地区低风速风场、海上风场将会起主导地位。

在气候变化和能源需求的双重驱动下,风电产业最近10年得到了快速的发展,已经成为当今世界的主要能源之一。

2011年,在欧盟范围内,风电已经占到了总电力供应的6.3%。丹麦电力消费的26%来自风电;西班牙和葡萄牙的风电占电力总消费的比例也超过了15%;在德国,风电贡献了10.6%的电力消费。

我国的风电并网容量已经达到5258万kW,超过美国成为世界上风电容量最大的国家。吉林、黑龙江和甘肃的风电发电量占本省社会用电量的比例都超过了6%,蒙西电网的风电上网量占蒙西电网总供电量的比例一度超过20%,达到了世界先进水平。尽管如此,风电的并网和消费仍是当前我国风电发展遇到的最大困难。

可再生能源替代传统能源将成为可能。在2012年7月召开的世界风能大会上,与会各国代表认为通过实施一系列综合战略和政策,可以在不久的将来实现全球范围内100%可再生能源供应,德国莱茵兰-普法尔兹州在2020年前实现100%可再生电力供应的决定获得各国代表的肯定。

风电技术的发展

风电是包括风能资源、风电机组、风电场和风电应用的一个大的系统。风电机组的设计与制造技术综合体现了当代制造技术、材料工业、电子控制系统、流体特性和地质气象等领域的科技水平。我国的风电技术发展起始于20世纪80年代,通过引进、消化和吸收,我国在风能资源评估与分析、风电场工程设计、风电机组设计与制造、安装、调试、检测认证、风电场运营与维护、电网接入、服务和人才管理等方面初步形成了完整的产业链。

1.风电并网技术的发展。大规模风电消纳成为制约我国风电行业发展的瓶颈,这一问题促使我国风电开发从主要集中于“三北”地区的大基地开发模式转向分布式开发。为了解决风电开发的并网难题,风电的预测、调度和并网技术得到了较快的发展,其中基于数值天气预报的风电场短期功率预测技术研究已受到国家的立项技术,并取得了阶段性成果,开发了风电功率预测系统、风电场集中运行监控系统、风电场能量管理系统等一批自主技术产品,制定了《风电场接入电力系统技术规定》等一系列规范,风电机组的控制实现了低电压穿越技术。为在不久的将来实现100%的可再生能源并网,提高分散式风电并入现有电网的能力打好基础,发展智能电网、加强各种可再生能源之间的互补也是重要的研究内容。

2.大容量风电机组技术。我国陆上风电开发已经普遍使用了1.5~3MW容量级别的风电机组,6MW容量的风电机组已经完成样机安装,10MW风电机组的研发也已经受到国家的立项支持,这一过程中形成了不同的技术路线来解决容量增大带来的重量及载荷等技术问题,如双馈型、直驱型和其他全馈型风电机组。对于不同的技术发展路线,具有各自的优势和缺陷,可以互相借鉴、互相促进、取长补短,不断提高和完善。例如双馈型机组,可以较小的变流器容量实现变速恒频运行;直驱型机组可以减少功率传动过程环节,提高效率和可靠性。其他如异步电机全功率变频也是广泛采用的技术,既可以消除双馈电机的一些不利因素,又具有全功率变频的优势。双馈型机组和其他全馈型机组为了提高可靠性也可以借鉴直驱型的传动技术,让风轮的载荷通过主轴承直接作用到机架上,使齿轮箱、发电机只承受纯转矩,从而提高传动系统的可靠性。因此各种技术并没有绝对的优势或劣势,应该是多元化发展。技术路线也不是静态的而是动态的,在一定的条件下会发生转化,每一次转化都会是一次重大技术进步的标志。

3.海上风电技术。陆上优质风资源的逐渐匮乏,使得开发商把目光从陆上转向海上风资源的开发。越大容量的风电机组越有利于降低海上风电开发的成本,这也促使更大容量机组技术的发展。海上风电的建设、运行和维护都有特殊的要求,通过东海大桥海上风电场等示范项目的建设,我国初步形成了海上风电开发技术体系。目前海上风电特许权项目的实施遇到一些阻力,主要是海上风电开发与海洋功能区、海岸线利用、海洋环境保护和国防用海的协调问题。我国政府已制定了海上风电十二五发展规划和2020年的发展目标,海上风电场建设势在必行,相信这些问题会尽快得到解决。

4.适应当地环境的风电机组的研发技术。由于可开发的高风速地区逐渐减少,陆上风电的开发已经从平原扩展到山地、高原。此外,我国面积广阔,环境差异较大,北方有低温、风沙,南方沿海受台风的影响,研发适应当地环境和风资源状况的差异化风电机组,成为市场的迫切需求。低温型、高原型、防风沙型和抗台风型风电机组都是适应特殊环境的需要而开发的。为了解决大容量机组在复杂地形的运输问题,桨叶分段技术、整机模块化设计等技术研究也已进入试验阶段。

5.低风速风电技术。随着高风速地区的风资源开发趋于饱和,我国风电开发已经转向风资源欠丰富地区。据了解,目前全国范围内可利用的低风速风能资源面积约占全国风能资源区的68%。低风速风电一般是指风速在5.5~6.5m/s之间,年利用小时数在2000h以下的风电开发项目,这就要求风电机组在低风速状态下能够有较高的发电效率。针对大型风力机在低风速下风轮技术的研究,主要还是关注于叶片的材料及新翼型的研究,需要研究的是更加长的叶片带来的柔性、叶尖高速等带来的影响,如何降低风轮的启动风速,提高风轮低风速下的能量转换效率,并能在低风速下实现功率输出的稳定性。为了捕获更多的风能,风轮直径的增大总是最有效的,但是会带来更大的重量和载荷,需要更大、更昂贵的零部件,载荷优化控制技术、独立变桨技术等降低机组载荷的控制技术也将被深入研究并广泛应用。

走向国际化是必由之路

我国风电产业的大规模快速发展已为风电产业走向国际化创造了良好条件。风电走向国际市场带来的不仅是经济效益,而且带来技术效益,推进中国风电的可持续发展。我国大型装备的机械制造加工技术相对落后,在发达国家收购、兼并、控股相关企业,可以获取相关的设计、制造、加工技术,提高产品的质量和技术水平,使产品更好地被国际市场所接受。

我们还要做好风电机组的标准、检测、认证与国际接轨的工作,遵守风电机组知识产权和专利约束,重视风电机组的运行环保、健康和安全管理,建立风电机组质量管理和服务体系,树立起中国风电企业的业绩、品牌和文化。

收藏
赞一下
0