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平價(jià)時(shí)代的雙饋、直驅(qū)、半直驅(qū)風(fēng)機(jī)機(jī)型

 昵稱jYn8f 2021-11-17

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風(fēng)力發(fā)電機(jī)機(jī)型的技術(shù)路線幾經(jīng)變化,目前主流的有三種 :雙饋、直驅(qū)、半直驅(qū),隨著平價(jià)時(shí)代風(fēng)電行業(yè)的發(fā)展,性能和成本會(huì)成為最主要的考核指標(biāo)。本期討論一下三種機(jī)型的各自特點(diǎn),結(jié)合目前的價(jià)格水平,提出風(fēng)機(jī)選型的開(kāi)發(fā)思路,供大家參考。

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組是將葉輪吸收的風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能,再經(jīng)由發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能(導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電流),最終輸出交流電。風(fēng)機(jī)的形式多種多樣,可以按照葉片數(shù)量、來(lái)風(fēng)方向、主軸方向、機(jī)械連接方式等進(jìn)行分類,其中雙饋和直驅(qū)的分類主要是發(fā)電機(jī)類型、機(jī)械連接方式以及機(jī)艙內(nèi)部構(gòu)造的區(qū)別。

雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)

雙饋型風(fēng)機(jī)主要由風(fēng)輪、增速箱、雙饋異步發(fā)電機(jī)、AC-DC-AC變流器、變壓器等組成。“雙饋”顧名思義指的是雙向反饋,即能量流動(dòng)有兩種形式:一種是電網(wǎng)給變頻器供電,變頻器對(duì)轉(zhuǎn)子繞組進(jìn)行勵(lì)磁,對(duì)轉(zhuǎn)子繞組進(jìn)行饋電,能量的流向是從電網(wǎng)流向轉(zhuǎn)子;另一種是發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子處于發(fā)電狀態(tài),輸出能量,將中間直流母線電壓逆變?yōu)楹碗娋W(wǎng)電壓幅值頻率一致的交流電,將能量輸送給電網(wǎng)。其中變流器給轉(zhuǎn)子勵(lì)磁產(chǎn)生磁場(chǎng),它的磁極對(duì)數(shù)少,所以需要經(jīng)過(guò)齒輪箱變速,達(dá)到一千多轉(zhuǎn)才能發(fā)電,由于采用了交流勵(lì)磁,發(fā)電機(jī)和電力系統(tǒng)構(gòu)成了'柔性連接',即可以根據(jù)電網(wǎng)電壓、電流和發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流,精確的調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)輸出電壓,可以在不同的轉(zhuǎn)速下實(shí)現(xiàn)恒頻發(fā)電,滿足用電負(fù)載和并網(wǎng)的要求。

雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)具有以下優(yōu)缺點(diǎn):

1、雙饋發(fā)電機(jī)體積與重量小,對(duì)塔筒載荷的要求相對(duì)較低,變流器功率小,總體價(jià)格與施工成本較低。

2、雙饋異步技術(shù)成熟度較高,具有運(yùn)輸維護(hù)成本低、供應(yīng)鏈成熟等優(yōu)勢(shì)。

3、雙饋發(fā)電機(jī)從轉(zhuǎn)子電路中勵(lì)磁,還能產(chǎn)生和控制無(wú)功功率,通過(guò)獨(dú)立控制轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流進(jìn)行有功功率和無(wú)功功率控制,屬于電網(wǎng)友好型技術(shù)。

4、因?yàn)樽冾l器具有勵(lì)磁的功能,因此該設(shè)備的的功率沒(méi)必要全覆蓋風(fēng)機(jī)功率,只需占到三分之一,利于節(jié)省重量和成本,但也因此風(fēng)機(jī)對(duì)電網(wǎng)的波動(dòng)較為敏感,在電網(wǎng)電壓波動(dòng)時(shí),容易跳閘脫網(wǎng)。

5、齒輪箱增加了機(jī)械損耗與維護(hù)工作量,傳動(dòng)效率降低,而且轉(zhuǎn)子上存在滑環(huán)碳刷裝置,可靠性較差,維護(hù)工作量大,增加了故障風(fēng)險(xiǎn)。

直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)

直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機(jī),也稱為低轉(zhuǎn)速發(fā)電機(jī)、無(wú)齒輪風(fēng)力發(fā)電機(jī),采用多級(jí)電機(jī)和葉輪直接連接進(jìn)行驅(qū)動(dòng),省去了齒輪箱這一傳統(tǒng)部件,主要由風(fēng)輪、永磁同步電機(jī)、AC-DC-AC變流器、變壓器等部分組成。同樣的切割磁場(chǎng)發(fā)電原理,直驅(qū)風(fēng)機(jī)用的永磁體,它的發(fā)電機(jī)里面的磁極對(duì)數(shù)很大,一般在四、五十到一百對(duì)之間,在如此大的磁極對(duì)數(shù)之下,它的額定轉(zhuǎn)速就只需很小,所以不必經(jīng)過(guò)變速,直接由風(fēng)輪通過(guò)主軸帶動(dòng)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)發(fā)出電能,這就是直驅(qū),磁直驅(qū)式發(fā)電機(jī)在結(jié)構(gòu)上有軸式和盤(pán)式兩種結(jié)構(gòu)。
直驅(qū)發(fā)動(dòng)機(jī)需要全功率變流器,這里需要與雙饋所需的變頻器進(jìn)行區(qū)分。變頻器、逆變器、變壓器等等從廣義上講來(lái)說(shuō)都可稱為變流器,變流器的根本作用是采取一定的控制手段,讓發(fā)電機(jī)發(fā)出與電網(wǎng)完全一致的交流電,因?yàn)殡p饋電機(jī)的雙向特性,只需要三分之一功率變流,變流器在轉(zhuǎn)子側(cè)。直驅(qū)風(fēng)機(jī)由于用的是永磁體,變流器功率就得全覆蓋,變流器在定子側(cè)。

直驅(qū)永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)有以下優(yōu)缺點(diǎn):

1、直驅(qū)機(jī)組沒(méi)有齒輪箱,簡(jiǎn)化了傳動(dòng)結(jié)構(gòu),減少了傳動(dòng)損耗,提高了機(jī)組的可靠性,提高了發(fā)電效率。

2、直驅(qū)機(jī)組的低電壓穿越使得電網(wǎng)并網(wǎng)點(diǎn)電壓跌落時(shí),風(fēng)力發(fā)電機(jī)組能夠在一定電壓跌落的范圍內(nèi)不間斷并網(wǎng)運(yùn)行,利于維持電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

3、總體來(lái)說(shuō),在同等水平下,直驅(qū)機(jī)組相比雙饋風(fēng)機(jī)要貴一些,對(duì)塔筒的載荷要求更高,另外全覆蓋變流器功率容量大、成本高,電機(jī)尺寸重量大,軸承承載載荷較大,對(duì)發(fā)電機(jī)的軸承要求高,另外冷卻散熱也有難度。

4、在震動(dòng)、沖擊、高溫等條件下,電機(jī)存在退磁隱患,如果在運(yùn)營(yíng)長(zhǎng)期后真出現(xiàn)退磁的情況,整個(gè)風(fēng)機(jī)都得換。

半直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)

半直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機(jī),核心原理是風(fēng)葉帶動(dòng)齒輪箱來(lái)驅(qū)動(dòng)永磁電機(jī)發(fā)電,半直驅(qū)風(fēng)機(jī)結(jié)合了雙饋、直驅(qū)風(fēng)機(jī)的優(yōu)勢(shì),在風(fēng)輪和永磁同步發(fā)電機(jī)之間加了齒輪箱,取消低速軸或減小低速軸的長(zhǎng)度,主軸采用雙軸承支撐,優(yōu)化載荷承載路徑,大大緩解了主軸傳動(dòng)鏈的載荷,這樣通過(guò)齒輪箱可以讓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速比永磁直驅(qū)式的高,可以有效減少永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子磁極數(shù),有利于降低機(jī)艙的體積和重量。風(fēng)機(jī)采用一級(jí)或兩級(jí)增速齒輪箱、多極同步發(fā)電機(jī),全功率變流器并網(wǎng),其調(diào)速范圍比雙饋機(jī)組和直驅(qū)機(jī)組的都要寬,可保證在額定風(fēng)速之下全范圍內(nèi)對(duì)最佳尖速比的跟蹤,電能質(zhì)量高,對(duì)電網(wǎng)影響小、提高了機(jī)組對(duì)風(fēng)能的利用率,也具備了優(yōu)良的低電壓穿越能力。

半直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)有以下優(yōu)缺點(diǎn):

1、相對(duì)于雙饋風(fēng)機(jī)而言,半直驅(qū)風(fēng)電機(jī)組具有傳動(dòng)鏈簡(jiǎn)單、可靠性較高、后期維護(hù)較少、低電壓穿越能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。傳動(dòng)鏈支撐為四點(diǎn)支撐形式,齒輪箱只承受風(fēng)輪傳遞的扭矩,受力狀態(tài)穩(wěn)定,安全可靠性高。由于采用了永磁發(fā)電機(jī),由于不用提供或少提供勵(lì)磁電流的原因,在低速時(shí)也會(huì)有較高的效率,因此同相比功率的雙饋發(fā)電機(jī),在輸入功率相同情況下可以多輸出電力。

2、與直驅(qū)式風(fēng)電機(jī)組相比,半直驅(qū)風(fēng)電機(jī)組的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速高、體積小、重量輕、系統(tǒng)集成度高,解決了發(fā)電機(jī)的制造和運(yùn)輸問(wèn)題。發(fā)電機(jī)及整機(jī)尺寸有較大的減少,重量得以減輕(降低20%以上),提高了風(fēng)機(jī)的適用范圍。

3、半直驅(qū)同時(shí)具備直驅(qū)和雙饋的優(yōu)點(diǎn),但也一并繼承了兩者的缺點(diǎn),包括齒輪箱維護(hù)難、退磁隱患、冷卻難度增加和傳動(dòng)效率降低等。

目前的市場(chǎng)情

在雙饋、直驅(qū)以及半直驅(qū)的技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)道路上,各有優(yōu)劣,直驅(qū)機(jī)型不含齒輪箱,運(yùn)維簡(jiǎn)單,發(fā)電效率高,代表廠家包括金風(fēng)科技,湘電風(fēng)能及東方電氣(后續(xù)中等容量機(jī)型)。雙饋機(jī)型因?yàn)槠浼夹g(shù)成熟,價(jià)格便宜,全球60%以上的在役機(jī)型為雙饋機(jī)型,國(guó)內(nèi)多數(shù)廠家都清一色的雙饋機(jī)型,包括遠(yuǎn)景能源、運(yùn)達(dá)風(fēng)能、上海電氣等,從國(guó)內(nèi)每年的投運(yùn)風(fēng)電場(chǎng)來(lái)看,雙饋還是占據(jù)優(yōu)勢(shì)。另外,對(duì)于以明陽(yáng)智能為代表的半直驅(qū)機(jī)組,不斷在大容量風(fēng)機(jī)和海上風(fēng)電領(lǐng)域拓寬市場(chǎng),市場(chǎng)占有率達(dá)到了10%左右,在2020年整機(jī)商吊裝量排到第三,上海電氣、中車、海裝等廠商也跟隨海上風(fēng)電的需要,出了幾款半直驅(qū)機(jī)型,筆者在3月12號(hào)整理發(fā)布了一期《2020年TOP10風(fēng)電整機(jī)商、光伏組件商、儲(chǔ)能系統(tǒng)集成商及最新主推產(chǎn)品梳理》,感興趣的朋友們可以去翻閱一下。

在去年的10月,北京風(fēng)能展大會(huì)CWP上各廠家最新發(fā)布機(jī)型統(tǒng)計(jì)如下。今年的風(fēng)能大會(huì)也在這兩天召開(kāi),之后筆者會(huì)做一期兩年CWP新亮相機(jī)型的對(duì)比,讓大家對(duì)未來(lái)的風(fēng)機(jī)技術(shù)趨勢(shì)有個(gè)更清晰的研判。

排名

風(fēng)電整機(jī)商

機(jī)型類型

型號(hào)

技術(shù)路線

適用區(qū)域

1

金風(fēng)科技

陸上

GW165-3.6MW

直驅(qū)永磁

中低風(fēng)速

GW165-4.0MW

中低風(fēng)速

GW165-5.xMW

中高風(fēng)速

2

遠(yuǎn)景能源

陸上

EN161-3.6MW

雙饋

中低風(fēng)速

EN161-5.0MW

高風(fēng)速

海上

EN171-5.5MW

高速齒輪箱+鼠籠

中低風(fēng)速海域

3

明陽(yáng)智能

陸上

MySE173-6.25MW

半直驅(qū)

高風(fēng)速

海上

MySE203-11MW

高風(fēng)速海域

4

上海電氣

陸上

WE168-4.55MW

高速齒輪箱+鼠籠

低風(fēng)速

海上

WG172-5.55MW

半直驅(qū)

中低風(fēng)速海域

W185-6.5MW

直驅(qū)永磁

中低風(fēng)速中遠(yuǎn)海域

5

運(yùn)達(dá)股份

陸上

WD147-4.8MW

雙饋

高風(fēng)速

WD156-4.8MW

WD175-5.xMW

6

中車風(fēng)電

陸上

風(fēng)輪直徑160-170+米的4.xMW系列

雙饋

中高風(fēng)速

7

三一重能

陸上

風(fēng)輪直徑156-168米的4.xMW系列

雙饋

中高風(fēng)速

風(fēng)輪直徑146-164米的3.xMW系列

低風(fēng)速

8

東方電氣

陸上

DEW172-5.5MW

直驅(qū)永磁

中高風(fēng)速

DEW164-6.0MW

海上

DEW186-7.5MW

中低風(fēng)速

9

中國(guó)海裝

陸上

H155-5.0MW

雙饋

中高風(fēng)速

H160-3.xMW

雙饋

中低風(fēng)速

10

聯(lián)合動(dòng)力

陸上

UP141、156-3.xMW系列

雙饋

全適用

UP156-4.xMW系列

雙饋

全適用

外商

西門子歌美颯

陸上

SG155-5.8MW

雙饋

中高風(fēng)速

SG155-5.9MW

低風(fēng)速

維斯塔斯

陸上

V162-6.0MW

雙饋

中低

今后風(fēng)機(jī)選型思路

近期我國(guó)風(fēng)電主機(jī)的平均價(jià)格快速下降,在一年之內(nèi)價(jià)格從2020年的最高4200元/kw下降到2021年8月的1880元/kW(上海電氣報(bào)價(jià)中廣核云南曲靖項(xiàng)目);海上風(fēng)機(jī)也下降到3830元/kW(中國(guó)海裝報(bào)價(jià)中廣核象山項(xiàng)目)。而銅價(jià)、螺紋鋼價(jià)則分別由同期的4萬(wàn)元/噸、3600元/噸,分別上升到6.8萬(wàn)元/噸、6000元/噸。很多整機(jī)商的主機(jī)銷售價(jià)格,已經(jīng)接近甚至低于成本,相比光伏組件價(jià)格的節(jié)節(jié)攀升,不得不思考風(fēng)電的開(kāi)發(fā)迎來(lái)了窗口期。

未來(lái)的新增風(fēng)電將由如下類型項(xiàng)目構(gòu)成:2021年及以前延期存量+平價(jià)大基地+普通平價(jià)+分散式風(fēng)電(千鄉(xiāng)萬(wàn)村馭風(fēng)計(jì)劃)+老舊風(fēng)場(chǎng)迭代等項(xiàng)目,都需要更高的發(fā)電量和更好的成本控制,對(duì)于大部分低風(fēng)速區(qū)域(包括海上風(fēng)電)的開(kāi)發(fā),半直驅(qū)/雙饋技術(shù)路線不斷擴(kuò)大裝機(jī)規(guī)模和捕風(fēng)效率,可能在造價(jià)優(yōu)勢(shì)的情況下逐漸贏得市場(chǎng)主導(dǎo)地位;對(duì)于目前解決送出通道后回歸三北區(qū)域的大趨勢(shì),直驅(qū)機(jī)組憑借高轉(zhuǎn)換效率和低運(yùn)營(yíng)成本,可能在風(fēng)況良好的區(qū)域繼續(xù)大放異彩。在幾種技術(shù)路線難分伯仲的時(shí)候,咱們風(fēng)機(jī)選型還是以選擇LCOE最低的方案為主要準(zhǔn)則。

個(gè)人觀點(diǎn),僅供參考。

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