2009風電產業發展研究報告(2)

　　［真空灌注制品產業網］
　　3．變速恒頻風力發電機系統風電產業 風電產業 真空灌注工藝 真空輔助 真空袋壓 真空注射 風電葉片
　　變速恒頻是指在風力發電的過程中，發電機的轉速可以隨風速而變化，然后通過適當的控制措施使其發出的電能變為與電網同頻率的電能送入電力系統。風力發電機通過旋轉葉片及發電機把風能變為交流電能（其頻率隨風速而變化），通過整流裝置將交流電變為直流電，再通過逆變裝置將直流電變為恒頻（工頻）交流電能，后通過升壓變壓器，送入電力系統。

　　變速恒頻風力發電系統具有非常突出的優點：

　?。?）風力機可以大限度的捕獲風能，因而發電量較恒速恒頻風力發電機大。

　?。?）較寬的轉速運行范圍，以適應因風速變化引起的風力機轉速的變化。

　?。?）采用一定的控制策略可以靈活調節系統的有、無功功率。

　?。?）可抑制諧波，減少損耗，提高效率。其主要問題是由于增加了交直交變換裝置，大大增加了設備費用。

　　4．交流勵磁雙饋發電機變速恒頻風力發電系統

　　系統采用的發電機為轉子交流勵磁雙饋發電機，其結構與繞線式異步電機類似。當風速變化引起發電機轉速n變化時，控制轉子電流的頻率f2，可使定子頻率f1恒定，當發電機的轉速n小于定子旋轉磁場的轉速n1時，即n<n1，處于亞同步狀態，此時變頻器向發電機轉子提供交流勵磁，發電機定子發出電能給電網；當n>n1時，處于超同步狀態，此時發電機同時由定子和轉子發出電能給電網，變頻器的能量流向逆向；當n＝n1時，處于同步狀態，此時發電機作為同步電機運行，變頻器向轉子提供直流勵磁。由此可知，當發電機的轉速n變化時，若控制f2相應變化，可使f1保持恒定不變，即與電網頻率保持一致，也就實現了變速恒頻控制。

　　由于這種變速恒頻控制方案是在轉子電路實現的，流過轉子電路的功率是由交流勵磁發電機的轉子運行范圍所決定的轉差功率，該轉差功率僅為定子額定功率的一小部分，這樣該變頻器的成本以及控制難度大大降低。

　　這種采用交流勵磁雙饋發電機的控制方案除了可實現變速恒頻控制，減小變頻器的容量外，還可實現有功、無功功率的靈活控制，對電網而言可起到無功補償的作用。缺點是交流勵磁發電機仍然有滑環和電刷。

　　除了風電場、風電機組制造商外，和風電行業相關的還有配套廠家、風機維護廠家、風能研究機構、協會制造廠等。

　　（三）風電廠系統
　　風電廠設備包括風電機組、輔助設備和其它配套設施。由于風速變化的隨機性，風電機組又常年在野外運行，承受極為復雜惡劣的交變載荷，目前風電機組的運行壽命按20年設計，要求能經受住60m/s的暴風雨襲擊，代表機組可靠性的可利用率要達到0.95以上，并能夠無人值班運行。而且由于風的能量密度小，需要龐大的機體，風輪直徑和塔架高度早已超過50m。綜上所述，對風力發電機組材質要求高，設計和制造難度較大。

　　風力發電系統主要包括以下三個部分：先，風力發電機組，包括風力發電機、機艙、塔架、控制器等。其次，輔助設備，即通用的電力和控制設備，包括輸變電設備及線路，通訊控制系統等。后，其它配套設施，包括風力發電機組以及輔助設備的基礎、廠房、道路等。

　　風力發電機系統和輔助設備的零部件在國內各專門廠家生產，然后通過鐵路和公路運輸運送到風電場，并在現場進行總裝和吊裝，平均運輸距離2400KM。電廠配電設施建設中建筑材料一部分來源于當地，如沙、水泥等，另一部分來自于國內其它廠家，如鋼、鐵、鋁、玻璃等，平均運輸距離100KM。

　　三、風力發電產業發展因素
　　近十年來，風電產業獲得了超常發展，這取決于支撐風電產業的一個條件和三個驅動因素。一個條件就是存在豐富的風力資源，三個驅動因素分別是對環境問題日益重視、國際油價的持續高企和風電技術日益成熟。

　　（一）風電發展不存在資源瓶頸
　　風能是地球表面大量空氣流動所產生的動能，太陽對地球的輻射能約有2%轉變為風能。氣象組織估計的風能約為2.74×109MW，其中可利用的風能為2×107MW，比地球上可開發利用的水能總量還要大10倍，相當于10800億噸標準煤產生的能量，約是全目前能源消費量的100倍。

　　目前，已經開發的風能僅占風能資源微不足道的一小部分。電力需求預計到2020年會上升到每年25.578萬億千瓦時，如果50%的風能資源被利用，則可滿足電力需求。就我國而言，風力資源列第三，排在俄羅斯和美國之后。根據新風能資源評估，陸地可利用風能資源3億千瓦，加上近岸海域可利用風能資源，共計約10億千瓦。

　?。ǘ┉h境問題日益嚴重推動各國政府扶持清潔新能源的發展
目前，國際社會日益感覺到環境污染和氣候變暖問題的嚴重性，紛紛采取措施試圖遏制環境問題的惡化，措施之一就是扶持清潔新能源的發展。

　　風電是一種可大規模商業開發的清潔新能源。從國際經驗來看，政府的激勵政策在風電產業發展過程中的作用舉足輕重。這些政策措施包括各種形式的補貼、價格優惠、稅收減免、貼息或低息貸款等。高強度的激勵機制是克服發展障礙，促進產業發展的關鍵性措施之一。

　　目前的激勵本國風電發展的政策措施主要有：風電設備產業化專項資金補助、國產化率70%的要求、風電全額上網、電價分攤和財稅上扶持，這些措施對激發國內風電投資熱情，扶持本土風電機組制造業起到重要作用。

　　（三）高油價迫使各國尋求可再生的替代能源
從2003年以來，國際油價持續攀升，至2007年底已經數次逼近100美元大關，國際油價持續走高帶動天然氣、煤炭等化石能源的價格同步走高。

　　化石能源的價格維持高位使替代的新能源如風能發電、核能發電和太陽能發電在經濟上可行，這些因素導致了包括風電的新能源投資熱潮。

　　（四）風力發電技術日益成熟
　　化石等一次性能源的特點如環境成本增加、不能再生等決定了成本將不斷上漲；而隨著技術成熟和規模效應的發揮，風電、核電等新能源發電的成本將進一步降低。而在眾多新能源中，風電是具商業開發前景的新能源之一。近些年，隨著風電技術的日益成熟，風電裝機容量不斷增大，并網性能不斷改善，發電效率不斷提高，風電設備在能源設備中脫穎而出。

　　隨著風電技術的成熟和規模效應的顯現風電機組價格不斷下降，由此帶來風電成本的持續降低。上世紀80年代到90年代初風電成本下降較快；90年代中期以來，成本下降趨緩，即使這樣，風電成本也達到每5年下降20%，照此速度，到2020年，即使沒有補貼，風電的成本將接近常規的能源。