看風電設備他山之石―丹麥風電設備
就技術的先進性和占有銷售份額來說,丹麥風電設備制造商是目前上成功的。丹麥的總風電裝機容量是3114MW,風電發電量占總發電量的20(BTM,2004)。穩定增長的年裝機容量為丹麥的風機制造商提供了一個穩定的市場環境,丹麥已安裝風機的99%都來自本國。
現代化的丹麥風電產業是立足于丹麥本國市場情況而建立的,這樣可以隨時提供必要的產品檢測,從而對風電技術和生產工藝進行梳理(Krohn,1998)。丹麥擁有上大的風機制造商Vestas風能系統A/S公司,該公司在2003年底與丹麥第二大風機制造商NEGMicon合并。在2003年合并之前,Vestas擁有21.7的市場占有率,其中98.6是銷售到國外市場(從丹麥出口,或者Vestas公司的海外子公司和合資企業生產)。Vestas公司只開發、生產、銷售和維護風電設備,不參與風電項目的開發和融資,也不擁有風電項目的所有權。Bonus公司是丹麥歷史悠久的風機制造商。Bonus公司始創于1979,2003年其市場占有率為6.6,在丹麥的市場占有率超過了80(BTM,2004)。
丹麥的風機制造商依靠國內市場來開發自己的技術,并著眼于本國公司在市場上的位置。由于目前風電發電量已經占丹麥發電總量的20,且陸上風電場址也所剩無幾了,所以丹麥風電行業就加大了其出口份額。作為早的風電產業主導者,丹麥的風機技術,在技術研發方面有很大的優勢,丹麥的公司在近期都將保持其競爭優勢。隨著其他的風機公司的發展壯大,丹麥公司在此領域的優勢開始逐漸縮小,丹麥的公司要保持他們的現有的市場占有率并非易事。
現狀
在丹麥,早期的、目標明確的研發活動與嚴格的認證標準相結合是發展大型風機制造行業要的驅動力。而政府擔保貸款和出口援助項目是第二驅動力。
丹麥政府在風機技術開發的初階段資助了重要的研發活動,其目的是為了降低大型風力發電系統的成本,以使風電可以與傳統電力相競爭。早期的研發活動重視風機技術領域,同時也包括風場場址的調查、并網問題的研究和風力資源評價(Sawin,2001)。早在1990年,風機制造商就擴展了他們的技術研發領域,政府資助也轉向支持風資源數據的收集和開展公共教育。目前的政府資助的研究領域包括并網問題研究、海上風力資源測試和評價和,雖然政府的研發資助水平近年來有所下降,但是目前丹麥的風電技術已經成熟了(Sawin,2001)。丹麥制造商也從歐盟的研發項目中得到了資助。
早期的丹麥研發項目在某種程度上是針對于,讓那些具有農業或者海運技術生產背景的公司開發一些小型風機。相反的是,德國和美國的早期的研發項目則注重資助航空工業開發數量較少的大型風機(Sawin,2001;Kamp,2002)。到目前,丹麥采用的多樣的研發方法從丹麥風機制造商在所起的支配地位上就能反映出來。雖然,從1974到2003年,丹麥的研發投入是同一時期美國投入量的七分之一,但是丹麥取得了非常成功的結果。
丹麥是上個倡導使用風機技術的質量認證和采用標準化系統的,并且至今仍這個領域處于領導地位。在丹麥,只有通過嚴格的安全和質量檢測的風機才能安裝使用。從1979年開始,Riso實驗室負責批準和認證風機的設計,以保證產品的可靠性和達到風機安全運行標準(Sawin,2001)。丹麥風機批準和認證系統是在風機制造商、設備擁有者和機構的要求下建立起來的,因為他們希望需要采用具有一致性的一系列規則以確保在丹麥安裝使用的風機的質量。風機設備的認證基于產品類型認證和質量認證體系,此系統涵蓋了風機的生產和安裝以及基本動力曲線檢測和噪聲檢測。風電并網指南也從1998年開始生效。目前,丹麥的認證規則已有所更新,并被納入到“丹麥風機類型認可和認證的技術標準”中,所有的風機制造商都通過了ISO9000質量認證體系(Lemming和Anderson)。丹麥能源機構負責項目管理,而Riso實驗室則充當著秘書處和信息中心的角色。
在丹麥,風機只有通過了本國嚴格的安全檢測才能安裝使用,這就使國外的風機制造商很難進入丹麥市場?,F在,丹麥風機制造商(至少就目前來說)在國內市場上競爭激烈,并將外來的競爭者從根本上排擠出了丹麥的市場。這樣,丹麥的風機就占據了100的丹麥市場。目前,在丹麥安裝的風機必須通過嚴格的安全標準,這有效地擴大了丹麥產風機的市場份額。但是在不久的將來,隨著市場的整合和根據丹麥標準認證體系建立的國際認證體系的實施,這樣的態勢會有所減弱。
丹麥政府實施的另外一個支持當地風機制造公司的項目是“丹麥風機擔保項目”,這個項目為使用丹麥風機的項目提供了長期的融資和擔保貸款,這就顯著地降低了選擇使用丹麥風機的風電場的風險。
為了進一步擴展丹麥風機在國外市場的使用,丹麥國際發展機構(DANIDA)向大量進口丹麥風機的提供贈款和項目開發貸款。丹麥政府向印度、埃及、和索馬里等提供這種帶附件條件的技術援助項目。
丹麥當地的風機制造工業是在上早、成功和穩定的購電法政策體系的基礎上建立和壯大的。從表2可以看出這個政策營立的風電市場的規模和穩定性,其穩定性持續了十年以上。其他的政策,包括支持風力公司的稅收激勵政策也發揮了重要作用。
丹麥環境部早在1979年就要求風電強制上網,要求電力公司支付部分的并網成本,具體的情況可通過談判確定。。從1992年開始,就要求電力公司以85的凈的電力公司的電力價格購買風電,這其中不包括生產和配電成本的稅收。這個價格根據各個地區的平均電價的不同而不同。對風電生產的補貼始于1981年,后來進行了修改,將其并入二氧化碳稅補貼中。
從1979年開始,政府為安裝使用丹麥認證的風機提供資金,以補貼他們的安裝成本,一開始政府給予30%的補貼,,后來減少了補貼比例,直到終淘汰了這樣的補貼。九十年代初期,丹麥實施了風機擴容計劃,即以新型和大容量的風機替代小型風機或者運行狀況差的風機,并為這樣的替代提供20-40的補貼(這樣一來丹麥的風機總數下降了而總的裝機容量卻提高了)。從80年代初期到90年代中期,風機發電所得的收入都不征稅。多年來,丹麥的能源規劃一直涵蓋風電領域,包括規劃的未來風電廠的場址。丹麥政府一直對地方政府施加壓力,要求地方政府將優先考慮發展風能。
在過去的20年里,丹麥一直為風力發電提供補貼,并且要求電力公司提供一個固定的上網電價。然而,經過一些事情,政策的具體內容發生了一些變化,穩定性不再是游戲規則了?,F在,海上風電項目是通過政府招標方式來實施,陸上風力發電項目則由一系列的風電激勵政策來支持。[-page-]
趨勢
丹麥的風電產業初是在穩定的政策環境下,通過政府有效分配的研發資金、較早建立的質量標準、對外援助項目和補貼等各種激勵因素相結合而建立起來,這樣的環境為風電提供了一個穩定而又具有吸引力的風電價格。政府通過開展風電資源評價的方式支持國內風電場的開發,同時政府的貸款擔保也創建了一個穩定的投資環境。國內需求的建立為風機供應商創造了市場,使他們能夠在實踐的過程中積累了寶貴的經驗。
丹麥風機制造商目前正處在一個獨特位置,因為丹麥國內市場已趨于飽和,所以他們不得不尋找國外市場銷售丹麥產風機。而其他也總是試圖倡導風電設備本地化,這就有可能使丹麥制造商處于不利地位。丹麥公司的一個策略是將風機的生產向海外轉移,以使他們的產品能夠符合當地的要求。Vestas公司已經在德國、意大利、印度和蘇格蘭(也包括丹麥)生產風機,并且還在尋找在其他的生產機會,其中包括。由于海上風電在丹麥仍有著巨大的發展潛力,丹麥公司的另一個策略就是致力于海上風電資源的開發和利用。
從國際風電設備技術發展趨勢看,主要體現在容量大小、漿矩變化、驅動方式、控制技術等主要方面。
單機容量增大
單機容量越大,單位千瓦的造價越低。正是基于經濟效益的優勢,單機容量逐步提高成為國際風電設備發起站的主要趨勢之一。
20世紀末,風電機組主流規格在歐洲是750千瓦,美國是500千瓦。進入21世紀,主流機型已經達到1500千瓦。譬如丹麥的新建風場的單機容量都在1000千瓦,德國在北海建設的風場的單機功率在5000千瓦。
目前,主要風機制造商都提出要在2010年實現10000千瓦的計劃。據報道,美國已經研制成7000千瓦的風機。
定槳矩向變槳矩的變化
以前的槳葉采用固定模式,現逐步發展為變槳矩模式。利用變槳矩調節技術,葉片的安裝角可以根據風速的變化而改變,氣流的攻角在風速變化時可以保持在一定的合理范圍。當風速大于額定風速時,仍可以保持穩定的輸出功率。
變速恒頻技術的采用
目前市場上的失速型風電機組一般采用雙繞組結構(4極/6極)的異步發電機,雙速運行。
在高風速段,發電機運行在較高轉速上,4極電機工作;在低風速段,發電機運行較低轉速上,6極電機工作。雙速運行的優點是控制簡單,可靠性好。缺點是由于轉速基本恒定,而風速經常變化,因此風力機經常工作在風能利用系數(Cp)較低的點上,風能得不到充分利用。
近年來發展起來的變速風電機組一般采用雙饋異步發電機或多極同步發電機。雙饋電機的轉子側通過功率變換器(一般為雙PWM交直交型變換器)連接到電網。該功率變換器的容量僅為電機容量的1/3,并且能量可以雙向流動,這是這種機型的優點。多極同步發電機的定子側通過功率變換器連接到電網,該功率變換器的容量要大于等于電機的容量。變速運行風電機組通過調節發電機轉速跟隨風速變化,能使風力機的葉尖速比接近佳值,從而大限度的利用風能,提高風力機的運行效率。
驅動方式
從風輪到發電機的驅動方式大致分為三種:種是通過多級增速箱驅動雙饋異步發電機,簡稱為雙饋式。第二種是風輪直接驅動多極同步發電機,簡稱為直驅式(或無齒輪箱式)。第三種是單級增速裝置加多極同步發電機技術,簡稱為混合式。混合式設計旨在融合雙饋式和直驅式機組的優點而避免其缺點。芬蘭WinWind公司已開發出容量1.1MW,葉輪直徑56米的混合式風電機組。
從國際上的趨勢看,直驅式風力機由于具有傳動鏈能量損失小、維護費用低、可靠性好等優點,在市場上正在占有越來越大的份額。










































