海上风电机组技术最新动向

中船重工集团经济研究中心 刘啸波

早在上世纪80至90年代，欧洲就开始了大范围的海上风能资源评估及相关技术研究。世界海上风电发展历程主要分为三个阶段：第一个阶段是从1990年到2000年，海上风电处于小规模研究和开发阶段；第二个阶段是从2000年至2008年，海上风电进入大规模商业化开发阶段；第三个阶段是2008年至今，全球风电产业掀起了新一轮的“下海”热潮。2009年世界海上风电新增装机容量达689MW，同比增幅超过100%；世界海上风电累计装机容量达2110MW，较2008年增长48.5%，占到全球风电总装机量的1.2%。此外，据欧洲风能协会预测，到2030年，海上风电装机量约占世界风电总装机量的比例将提高至40%。由此可见，海上风电已经进入新一轮的发展高潮。

大型化、深海化步伐加快

从1990年第一台单机功率220KW海上风机问世到2000年兆瓦级海上风机的出现，花了整整十年时间。随后，从2000年至2007年，短短七年间，先后出现1.5MW、2MW、2.3MW、3MW、3.6MW、5MW风电机组用于海上风场项目。目前，海上风电机组主要集中在2MW至5MW。下一代海上风电兆瓦级机组将是6MW至10MW。丹麦Vestas表示其6.0MW风机将于明年面世；美国Clipper公司在英国开发10MW样机，计划于2011年底安装调试。同时，海上风机离岸距离从1990年瑞典Nogersund风场的250m一直延伸到2008年比利时Thomton Bank风场的30km，工作水深也由瑞典Nogersund风场的6m加深到2007年英国Beatrice风场的45m。可以看到，海上风机大型化、深海化趋势明显，且步伐不断加快。

变桨变速功率调节技术备受青睐

由于变桨距功率调节方式具有载荷控制平稳、安全和高效等优点，近年在大型风电机组上得到了广泛应用。结合变桨距技术的应用以及电力电子技术的发展，大多风电机组开发制造厂商开始使用变速恒频技术，并开发出了变桨变速风电机组，使得在风能转换上有了进一步完善和提高。2006年，在全球所安装的风电机组中有92%的风电机组采用了变桨变速方式，而且比例逐年上升。我国2007年安装的兆瓦级风电机组中，也都是变桨距机组。

直驱式风机不断增加

随着对风机可靠性要求的不断提高，海上风机直驱式（无齿轮箱）设计将不断增加。直驱式风机结构简单，零部件较少，且无需安装齿轮箱，能有效减少由于齿轮箱问题而造成的机组故障，可有效提高系统的运行可靠性和寿命，减少维护成本，因此较传统机型更有竞争力。2009年，金风生产了1200台1.5MW直驱式永磁发电机。Enercon和金风占2009年世界风机市场容量13.9%份额。2009年秋，西门子生产一种新型3.0MW直驱永磁风机，计划到2011年将其大规模商业化推广。

控制技术日趋智能

在未来海上风机的设计中，智能化将是海上风机的一个重要发展方向。鉴于风电机组的极限载荷和疲劳载荷是影响风电机组及部件可靠性和寿命的主要因素之一，近年来，风电机组制造厂家与有关研究部门积极开展风电机组的最优运行和控制规律研发，通过采用智能化控制技术与整机设计技术结合，努力减少和避免风电机组运行在极限载荷和疲劳载荷。可以说，智能控制逐步成为风电控制技术的主要发展方向。