“直驅(qū) VS 雙饋” 風(fēng)機(jī)技術(shù)流派大比對
核心提示:在風(fēng)電技術(shù)的選擇方面,隨著國內(nèi)風(fēng)機(jī)大型化趨勢的升級,業(yè)內(nèi)對于直驅(qū)與雙饋技術(shù)孰優(yōu)孰劣的討論也更加激烈。今天我們就從發(fā)展歷史、運維情況、發(fā)展趨勢等方面來比對一下這兩種技術(shù)的特點。 隨著國家
核心提示:在風(fēng)電技術(shù)的選擇方面,隨著國內(nèi)風(fēng)機(jī)大型化趨勢的升級,業(yè)內(nèi)對于直驅(qū)與雙饋技術(shù)孰優(yōu)孰劣的討論也更加激烈。今天我們就從發(fā)展歷史、運維情況、發(fā)展趨勢等方面來比對一下這兩種技術(shù)的特點。
隨著國家新能源發(fā)展線路的明確,風(fēng)電行業(yè)的發(fā)展正在被越來越多的人所關(guān)注和期待。在風(fēng)電技術(shù)的選擇方面,隨著國內(nèi)風(fēng)機(jī)大型化趨勢的升級,業(yè)內(nèi)對于直驅(qū)與雙饋技術(shù)孰優(yōu)孰劣的討論也更加激烈。今天我們就從發(fā)展歷史、運維情況、發(fā)展趨勢等方面來比對一下這兩種技術(shù)的特點。
隨著國家新能源發(fā)展線路的明確,風(fēng)電行業(yè)的發(fā)展正在被越來越多的人所關(guān)注和期待。在風(fēng)電技術(shù)的選擇方面,隨著國內(nèi)風(fēng)機(jī)大型化趨勢的升級,業(yè)內(nèi)對于直驅(qū)與雙饋技術(shù)孰優(yōu)孰劣的討論也更加激烈。今天我們就從發(fā)展歷史、運維情況、發(fā)展趨勢等方面來比對一下這兩種技術(shù)的特點。
發(fā)展歷史
現(xiàn)在市場上有一種誤解,即直驅(qū)技術(shù)是一種新興的技術(shù),而雙饋技術(shù)是傳統(tǒng)的技術(shù)。其實,從誕生時間看,雙饋和直驅(qū)兩種技術(shù)幾乎是同時出現(xiàn)的,甚至直驅(qū)技術(shù)的出現(xiàn)要比雙饋技術(shù)更早些。但是發(fā)展至今,雙饋技術(shù)因其運行穩(wěn)定的特性占據(jù)了大片的市場份額。
雙饋、直驅(qū)兩種技術(shù)路線的本質(zhì)區(qū)別在于雙饋型是帶“齒輪箱”的,而直驅(qū)型是不帶“齒輪箱”的。現(xiàn)在全世界風(fēng)電機(jī)組中,85%以上是帶齒輪箱的機(jī)型。尤其在技術(shù)、穩(wěn)定性及可靠性要求更高的海上機(jī)組中,無一例外的全部采用了技術(shù)成熟且可靠性好的帶齒輪箱技術(shù)方案,包括2兆瓦、2.3兆瓦、3兆瓦、3.6兆瓦、5兆瓦等各級別機(jī)型,廠商包括Vestas,Siemens, Repower,華銳風(fēng)電等全球所有主要海上風(fēng)電機(jī)組生產(chǎn)廠商。目前為止,除金風(fēng)科技的一臺1.5兆瓦機(jī)組外,全世界范圍內(nèi)還沒有更多的直驅(qū)機(jī)組下海。
從目前國內(nèi)的情況來看,雙饋變槳變速型風(fēng)機(jī)的裝機(jī)容量最大。代表廠家包括vestas,GE,GAMESA,華銳,東汽,國電聯(lián)合動力、明陽、上海電氣,北重等;直驅(qū)式變槳變速型風(fēng)機(jī)也有一定裝機(jī)容量,代表廠家包括如金風(fēng),湘電,上海萬德等;此外還有一種失速型定槳定速風(fēng)機(jī),多數(shù)為小功率機(jī)型,目前在大功率機(jī)型上基本淘汰。
從市場份額來看,多數(shù)業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為,帶齒輪箱的風(fēng)電技術(shù)將在今后相當(dāng)長的時間內(nèi)繼續(xù)占據(jù)市場主流地位。而直驅(qū)技術(shù)的市場表現(xiàn)如何,還有待觀察。
部件差異
在發(fā)電機(jī)、變頻器、齒輪箱等風(fēng)機(jī)主要部件中,雙饋和直驅(qū)機(jī)型都存在一定的差異。
從發(fā)電機(jī)看:目前雙饋機(jī)組采用雙饋式異步發(fā)電機(jī),而直驅(qū)機(jī)組多采用低速多極發(fā)電機(jī),發(fā)電機(jī)的勵磁方式分為永磁和電勵磁兩類。在勵磁發(fā)動機(jī)方面全球領(lǐng)先的是德國的Enercon公司,其產(chǎn)品的全球市場占有率一直穩(wěn)定在10%左右。永磁發(fā)電機(jī)的主要代表則是中國的金風(fēng)和湘電兩家公司。
直驅(qū)式發(fā)電機(jī)由于轉(zhuǎn)數(shù)低,且磁極數(shù)很多,通常在90極以上,而且體積和重量相比雙饋式機(jī)組也大很多,對其軸承等轉(zhuǎn)動部件要求極高。另外,永磁材料在震動、沖擊、高溫情況下容易發(fā)生失磁的現(xiàn)象;而且材料中含有鐵,在海上強(qiáng)鹽霧的情況下防腐問題難以解決;同時,由于永磁材料存在永久的強(qiáng)磁性,無法在現(xiàn)場條件下檢修,所以一旦出現(xiàn)問題只有返回廠家才能維修,現(xiàn)場不具有可維護(hù)性,給運行帶來了很大的隱患。而雙饋式異步風(fēng)電機(jī)則具有技術(shù)成熟可靠,成本低,重量輕、易維護(hù)等優(yōu)點,目前國際前幾大整機(jī)廠商均采用雙饋式異步風(fēng)電機(jī)就充分證明了這一技術(shù)的上述優(yōu)點。
從變頻器看:直驅(qū)機(jī)組采用的是全功率變頻器,容量大,價格昂貴,并且變頻器產(chǎn)生諧波大。雙饋機(jī)組中僅有轉(zhuǎn)差功率經(jīng)過變頻器,充分發(fā)揮了雙饋發(fā)電機(jī)以小博大的優(yōu)點,所以變頻器容量小,價格低,并且機(jī)組的諧波小。
從齒輪箱看:直驅(qū)機(jī)組不采用齒輪箱,風(fēng)輪直接帶動發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。省去齒輪箱會減少齒輪箱的機(jī)械故障,但風(fēng)輪與發(fā)電機(jī)直接連接會增加葉片的沖擊載荷,并且將其直接傳遞到發(fā)電機(jī)上,增加了發(fā)電機(jī)出故障的可能性。雙饋機(jī)組采用齒輪箱將風(fēng)輪轉(zhuǎn)速升高,提高了發(fā)電機(jī)的效率,而齒輪箱技術(shù)從上世紀(jì)90年代起已經(jīng)發(fā)展的非常成熟,其故障率已經(jīng)非常低。
運維情況與故障維修
從低風(fēng)速下的運行情況看,直驅(qū)式風(fēng)機(jī)沒有運行轉(zhuǎn)速下限的限制,而雙饋式風(fēng)機(jī)存在著運行轉(zhuǎn)速的下限,所以從原理上來講直驅(qū)式風(fēng)機(jī)的切入風(fēng)速可以更低。但是,直驅(qū)式風(fēng)機(jī)所使用的全功率變頻器
存在較高的功率損耗的問題,由于全功率變頻器的容量是雙饋風(fēng)機(jī)中變頻器的三倍左右,所以變頻器的功率器件和冷卻等設(shè)備所消耗功率也要大很多。同時,風(fēng)電機(jī)組可以吸收的風(fēng)能與風(fēng)速的三次方成正比,所以在低的切入風(fēng)速的情況下可利用的風(fēng)能非常有限。綜合考慮以上兩個方面,在低風(fēng)速下雙饋式風(fēng)機(jī)和直驅(qū)式風(fēng)機(jī)的實際發(fā)電功率是旗鼓相當(dāng)?shù)摹?/div>
從故障維修方面看,直驅(qū)技術(shù)由于沒有齒輪箱會減少相對應(yīng)的故障率,但是直驅(qū)技術(shù)也并非沒有短板,發(fā)電機(jī)散熱與機(jī)頭載荷,就是困擾直驅(qū)技術(shù)的兩大問題。由于直驅(qū)機(jī)組必須通過空氣流過轉(zhuǎn)子和定子之間的間隙來進(jìn)行冷卻,空氣中含有的帶電粒子、灰塵等會在永磁場的作用下附著在永磁體的表面,造成風(fēng)機(jī)磁隙發(fā)生變化,從而影響機(jī)組性能,由于存在強(qiáng)磁場,附著后的帶電粒子和灰塵很難去除。此外,直驅(qū)機(jī)組雖然省去了“齒輪箱”卻增加了其機(jī)頭載荷,機(jī)身更大,用鋼材更多。機(jī)頭重量過重容易使機(jī)艙、輪轂的聯(lián)合處磨損。而且由于存在強(qiáng)的永磁場,在機(jī)組上進(jìn)行維修幾乎不可能,金屬工具在機(jī)組上也很難運作,一旦發(fā)生故障就要將整個機(jī)艙運回車間維修,而在海上項目中一旦發(fā)生故障則需將整個機(jī)艙拆下,拆卸和安裝成本可以與整個風(fēng)電機(jī)組造價相比。而雙饋機(jī)型可以單獨對齒輪箱、發(fā)電機(jī)等部件單獨維修,其維護(hù)難度和維護(hù)成本要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于直驅(qū)機(jī)型。
未來幾年內(nèi)雙饋和直驅(qū)兩種技術(shù)的發(fā)展趨勢
現(xiàn)階段雙饋技術(shù)經(jīng)過多年發(fā)展,技術(shù)已相對成熟,機(jī)組運行狀態(tài)穩(wěn)定,市場認(rèn)可度較高;相對而言永磁同步(直驅(qū)、半直驅(qū)為代表)技術(shù)近幾年雖得到一定的發(fā)展,但是在以下幾方面仍較雙饋技術(shù)有所不足:
(1)發(fā)電量比較:永磁同步技術(shù)其機(jī)組轉(zhuǎn)速范圍較寬,在低風(fēng)速下發(fā)電量有一定優(yōu)勢,但其全功率變頻的特點導(dǎo)致隨風(fēng)速提高,其發(fā)電量優(yōu)勢將因變頻器損耗迅速增大而減小。理論計算的發(fā)電量比較兩者相近,雙饋技術(shù)略優(yōu)于永磁同步技術(shù)。
(2)成本比較:永磁同步技術(shù)雖然降低或省去了齒輪箱成本,但其發(fā)電機(jī)和全功率變頻器均較雙饋技術(shù)更加昂貴。
(3)電能質(zhì)量:永磁同步技術(shù)所采用的全功率變頻系統(tǒng)的諧波含量非常高(基本超過5%),必須使用諧波濾波器。而雙饋機(jī)組中的諧波含量可控制在較低水平。
(4)機(jī)組安全:電網(wǎng)故障時雙饋系統(tǒng)可提供更高的電流能力,更有利于啟動過電流保護(hù)及故障清除;全功率變頻系統(tǒng)其電流能力基本被限制在2倍額定電流。
(5)退磁問題:永磁同步技術(shù)其發(fā)電機(jī)存在退磁隱患,尚無明確更換方案。Enercon公司發(fā)電機(jī)仍采用損耗大的電勵磁方式。
(6)海上裝機(jī):直驅(qū)機(jī)組往往采用利用定轉(zhuǎn)子間氣隙以自然通風(fēng)的方式對發(fā)電機(jī)進(jìn)行冷卻,當(dāng)安裝到海上風(fēng)場時,發(fā)電機(jī)作為核心部件會直接與腐蝕性空氣接觸,防腐問題極難解決。且出現(xiàn)問題維修更換耗資巨大。現(xiàn)在海上風(fēng)場尚無安裝大型直驅(qū)風(fēng)電機(jī)組的先例。
(7)維護(hù)成本:直驅(qū)機(jī)組其發(fā)電機(jī)尺寸重量大,更換維護(hù)不便,需預(yù)訂專業(yè)安裝船或大型浮吊完成工作,但全球目前可用的安裝船只和大型浮吊寥寥可數(shù),且船期需要至少提前一年預(yù)定,所以故障處理時間無法保證。而且動用大型海上吊裝船只成本極高,所以其維護(hù)的時間成本和經(jīng)濟(jì)成本都比較高昂。
結(jié)語
雙饋技術(shù)已經(jīng)在過去的十多年中成為不可爭辯的主流技術(shù),而直驅(qū)和永磁直驅(qū)技術(shù)目前來看尚無法動搖帶齒輪箱技術(shù)的主流地位。可以肯定的是,風(fēng)電機(jī)組技術(shù)的成熟性、質(zhì)量的穩(wěn)定性和可靠性、及時而低成本的維修和維護(hù)將是市場選擇的最重要標(biāo)準(zhǔn),特別是在海上風(fēng)電的機(jī)組選擇中,目前看來,帶齒輪箱的風(fēng)電機(jī)組仍是海上風(fēng)電的絕對主流。

責(zé)任編輯:仁德財
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