风力发电发展现状及发展趋势

风电发展情况•据世界气象组织（WMO）和中国气象局气象科学研究院分析，地球上可利用的风能资源为200亿kW，是地球上可利用水能的20倍。中国陆地10m高度层可利用的风能为2.53亿kW，海上可利用的风能是陆地上的3倍，50m高度层可利用的风能是10m高度层的2倍，风能资源非常丰富。•我国水平•2013年中国(不包括台湾地区)，新增装机容量16088.7MW，同比增长24.1%;累计装机容量91412.89MW，同比增长21.4%新增装机和累计装机两项数据均居世界第一。••按照《中国新能源发电发展研究报告》规划，未来新能源发电将快速发展。其中规划2015年和2020年风电装机分别为1亿千瓦和1.8亿千瓦。相比2011年并网风电4505.11万千瓦，装机容量起码翻番。表一：2001—2013年我国新增与累计装机容量（MW）•本统计中的“风电装机容量”是指风电场现场已完成吊装工程的风电机组容量，与风电并网装机容量及验收运行装机容量不同。426798197507128833116154138031892917630129601608901000020000300004000050000600007000080000900001000002001200220032004200520062007200820092010201120122013新增装机量累计装机量91413•世界水平•在应对能源危机和气候变化的背景下，风电行业发展势头强劲，全球风电装机持续快速增长。根据世界风能协会的统计数据，2012年全世界风电装机容量新增约2726万kW，增长率约为29%，累计达到1.21亿kW，增长率为42%，突破1亿kW大关。风电总发电量为2600亿kWh，占全世界总电量的比例从2000年的0.25%增加到2012年的1.5%。•表二展现了1998年至2011年间全球风电总装机情况、风电新增装机情况，表三体现了风电装机增长速率。21874033433962826859811483861133115100198072697238334377734005305000010000015000020000025000019981999200020012002200320042005200620072008200920102011新增装机量累计装机量237016237016表二：1998—2011全球风机新增与累计装机量（MW）29.241.731.734.828.22621.323.825.626.728.732.123.320.305101520253035404519981999200020012002200320042005200620072008200920102011表三：全球风电装机增长率（%）•国外风电发展状况•丹麦Vestas公司的2MW和3MW双馈式海上风电组被认为是技术最成熟的，在全球海上风电的装机容量达到35%•近几年来，美国、亚洲、南美洲等国风电行业得到了快速发展。根据世界风能协会的数据，2012年全世界新增风电装机容排名前三的国家依次为美国、中国、印度，前3名的国家合计新增装机容量占全世界的60%。欧洲风电装机占全球比重正逐年下降，风电发展在全球范围内呈现更加均衡的局面。•中国风能资源储量是印度的30倍，德国的5倍，但目前中国风电装机仅为印度的1/2.5,德国的1/8，出于改善过于依赖煤炭资源的状况和考虑到环保压力，中国风电有相当大的发展空间。中国风电发展势头迅猛，风电市场的容量日益扩大，距全球最大风电场市场也越来越近。•美科丹风还预测中国风机信息网报道，从2010至2015年，离岸风电市场复合年增率为43%，将占到2015年全世界风电市场份额的8%，全世界海上风电的发展脚步慢慢加快。此外，在亚洲市场，主导者仍是中国，其与韩国将会成为亚洲海上风电市场的主流力量。制造商情况•2012年全球风电市场新增装机容量达到创纪录的48.4GW，美国通用电气与丹麦维斯塔斯在全球风机制造商中并列第一。•国内主要风力发电机组制造商包括：•华锐风力发电科技（集团）股份有限公司•东方电气集团公司•新疆金风科技股份有限公司•国电联合动力技术有限公司•湖南湘电风能有限公司华锐风力发电科技（集团）股份有限公司•华锐风电科技（集团）股份有限公司在中国率先自主开发出全球领先的1.5MW、3MW、5MW、6MW系列风电机组。•2008年中国风电总装机规模12,121万千瓦，其中，华锐风电装机容量1403MW（935台），占当年国内新增总装机容量的22.5%，行业排名中国第一、全球第七。•2009年产1.5MW风机2000台，3MW风机100台，总体产能达到3330MW，进入世界第三名。•2010年华锐风电新增装机容量438.6万千瓦，继续排名中国第一，已跻身全球第二位。•截止2011年，累计风电装机容量达12989MW，排名中国第一。•发明专利11项，实用新型18项（至2011.6）•有分析认为，随着产品优势的逐渐扩大，华锐风电不但有望进一步巩固其国内第一的市场地位，五年内达到世界第一的战略设想也有望实现。•SL6000系列风力发电机组是中国首台6兆瓦风电机组，是目前中国单机容量最大的风电机组，标志着中国风电机组大型化进入了一个新的阶段，也是全球技术领先的风电机组，机组叶轮直径128/155m，轮毂高度100/110m。SL6000海上机型的开发是基于公司海上风电开发经验，采用了成熟的常规齿轮传动和发电机技术，保证了海上风机的高可靠性和经济性。•华锐风电此次下线的6兆瓦SL6000系列风力发电机组是目前中国第一台自主研发、拥有完全自主知识产权、全球技术领先的电网友好型风电机组，可以广泛应用于陆地、海上、潮间带各种环境和不同风资源条件的风场。东方电气集团东方公司•2008年产风力发电机组1053MW，排全球11位；•2009年生产量为1804.3MW，列全国第三；•2010年风电装机容量超过2623MW，国内占有率为13.9%，排全球第7位；•2011年世界排名第6位；•发明专利6项，实用新型2项（至2011.6）•自主开发2.5MW、1.5MW双馈风力发电机，样机已试制成功;与英国GH公司联合开发1.5MW直驱式风力发电机，已批量化生产。正在与THESWITCH公司联合开发系列永磁风力发电机。新疆金风科技股份公司•是国内最大的风力发电机组整机制造商，主要产品有600kW、750kW、1.2MW、1.5MW系列风力发电机组，正在研制的产品有1.5MW部分新机型、2.5MW、3.0MW、5.0MW风力发电机组。•2007年金风科技在中国风电市场的占有率25.25%，保持国内市场占有率第一。•2008年产1132MW机组，列全球第7位；•2009年总产量2086.5MW；•截至2010年6月，累计销售总容量达到8882.3MW，列全球第5位；•发明专利19项，实用新型29项（至2011.6）国电联合动力技术有限公司•2009年产768MW，名列全国第4位；•目前主要风力发电产品----与德国Aerodyn公司联合设计的1.5MW变桨、变速、双馈发电技术风力发电机组。湖南湘电风能有限公司•最早实现了600kW异步风力发电机的可靠运行；•2011.9一台5MW永磁直驱风力发电机组在荷兰正式并网；下图为该产品图片：•拥有0.75MW、1.5MW、2MW、2.5MW直驱风机的先进制造技术，着力开发3.5MW、5MW的直驱风机，现已着手研发8MW、10MW直驱型风力发电机组。•发明专利3项，实用新型3项，外观专利4项。风力发电的瓶颈问题•降低成本对于风电的发展很关键，目前风电还遭遇到并网价格高等难题，国际上对于风电成本问题曾有专业预测，在2020年之后风电的成本将和火电、水电相近。•世界风电装备目前呈现出大型化、变速运行、变桨距及无齿轮箱等发展趋势。•现在迫切需要解决的问题•改进现有的并网技术，减少对电网的冲击；•永磁体发生退磁将对发电系统产生重大影响，所以永磁体的退磁风险分析时一大重要研究课题风机•并网之后，其发电仍然受到电网调节指令的限制，弃风成为我国风电发展的新难题；•直驱永磁同步发电机组的低电压穿越运行控制；•变流器设计、制造与实验时直驱式永磁风力发电系统的瓶颈和难点问题；•研究热点•多极少槽••整数槽绕组具有较高的绕组系数和较低的定子磁动势谐波含量，但齿谐波含量高，且齿槽转矩大，分数槽绕组在多极低速同步电机中广泛应用。但是太多的槽数会提高制造工艺成本，增加绝缘的用量，降低槽的利用率，铜损耗加大，但过少的槽数又不能有效地降低定位力矩次数，影响发电机低速运行时的平稳性。•新思路•对三相短路退磁分析设定不同的短路时刻，寻找最大退磁风险时刻，•对永磁体的径向和周向进行磁密分析，确定最大退磁风险点发生的位置。•A相轴线与d轴夹角从0°到90°变化过程中磁极磁密变化趋势，根据磁极外表面前后两端点的磁密大小变化过程，从而得到磁密曲线变化规律和最低退磁风险点；•新技术•磁悬浮风力发电机•大功率的发电机可用于大型的离网型的电站及大型并网型的电站。•相比于传统水平轴式风力发电机而言，磁悬浮风力发电机虽然造价高昂一些，但其优点非常突出：•第一，前者带有尾翼，必须随风向变化转动风车；后者依靠陀螺式风翼旋转，不随风向变化改变轴心。•第二，前者噪音大，无法克服不定风向带来的抖动，电机、叶片容易脱落，3年须更换一次配件；而后者运转稳定，无噪音，各种机件寿命长，不易脱落，可连续工作20年以上。•第三，前者要求空旷无遮蔽的大空间；而后者对空间要求低，无论市区、郊区、沿海山区皆可用；•第四，前者启动风速至少2.5m/s，而后者仅需1m/s风速即可启动，风速超过40m/s也可照常运转，且风速越高发电效率越高，发电量可比前者增加35%。•磁悬浮风力发电机的优点：•A、真正磁悬浮发电机的发明专利，非实用新型专利；•B、六面受风，非四面受风，启动风速更低；发电风速更低；•C、发电机部分采取磁悬浮技术，同等型号发电效率更高；•D、同等型号重量更轻，不易对灯杆产生疲劳，安全性更强；•E、造型更美观，线条更流畅；•在今后的20年内，国际上风力发电产业将是增长速度最快的产业，风力发电技术也将进入快速发展的黄金时期；在中国，并网型风力发电机组装机容量增长速度将明显加快，令世界瞩目，离网型风力发电机组发展的地域广、潜力大，装机总容量最终将超过并网型风力发电机组。