1.2MW变速恒频直接驱动型风力发电机组技术

核心提示：　　中国水利2003.9B刊现代风力发电机组技术的大规模应用是从失速型风力机技术成熟与完善开始的。20世纪70年代末，由丹麦发展起来的三叶片、上风向、定桨矩失速调节的风力机机型从众多类型的风力机中脱颖

　　中国水利2003.9B刊现代风力发电机组技术的大规模应用是从失速型风力机技术成熟与完善开始的。20世纪70年代末，由丹麦发展起来的三叶片、上风向、定桨矩失速调节的风力机机型从众多类型的风力机中脱颖而出，逐步发展为主导机型。但随着风力机单机容量的不断增大，变速恒频变桨矩形风力机逐渐占据了主导地位。近几年，国外开始开发研制直接驱动型的风力发电机组，发电机组采用多级同步永磁电机与叶轮直接连接进行驱动的方式，从而免去了齿轮箱这一传统部件，再加上优点众多，在今后风力机市场中具有很大发展潜力。

　　年中，我国的风力发电及其技术长期依赖进口风力发电机组，设备价格高及长途国际运输致使我国的风电产业发展受到严重影响，这一现实与国家进一步降低电价的要求相矛盾。除此之外，进口设备在我国气候条件下的不适应及大量损坏部件得不到及时更换等问题更阻碍了我国风电产业的健康发展，因此开发中国特色的本土化风力发电设备已迫在眉睫。

　　全球最近十几年来风电产业得到了迅速发展。这一方面促使商家研制与开发新的风力发电机组，以多样化的品种满足风电市场的需求；另一方面，风电在与传统电能的竞争中，经济性因素越来越重要，在某种程度上已成为首要因素。因此，一个必然的发展趋势是单机容量的大型化，在降低设备造价的同时降低风电建设的配套成本。近10年来，风电设备主流机型的单机容量已从我国在利用风能上具有很大潜力，但我国幅员辽阔，地理、气候条件千差万别，国内市场对风电机的需求多样化，仅以现有的国产600kW机组及750kW机组应对目前的风电市场难以满足需求，急需开发新的机型，形成大型风电机的产品系列。

　　近几年国外开始研制直接驱动型的风力发电机组，这种风力发电机组采用多级同步永磁电机与叶轮直接连接进行驱动的方式，从而免去了齿轮箱这一传统部件。其具有很多优点，在今后风力机发展中有很大的发展空间。

　　通过研制1.2MW变速恒频直接驱动型风力发电机组，可以进一步提高我国自主开发风电机组的能力，提高对大型风力发电机组的整体设计能力和制造水平，同时还会带动相关产业的发展，包括设计咨询、零部件制造、检测认证及专业服务等相关行业的发展与技术进步，创造新的行业和就业机会，帮助部分机械加工企业走出困境。

　　研制1.2MW变速恒频直接驱动型风力发电机组，对我国大规模开发利用风能，促进风电产业的发展也有着重大的意义。随着我国加入WTO后所处的新的经济环境，只有不断推出适应市场需求的新产品，积极参与竞争，才有可能在国际及国内风电市场占据一席之地。

　　我国大型风力机技术的开发应用落后于欧美发达国家。在“八五”九五“期间，我国将风能应用列入了国家重点科技攻关项目，并组织了多家科研单位进行攻关，取得了一定成绩。目前已经研制成功200kW、600kW及750kW风力发电机组，并投入批量生产。同时中国空气动力研宄与发展中心等单位成功开发风力机设计计算软件包，并应用于九五”攻关项目，为我国进一步开发研制新机型创造了条件。

　　在风力机整机研发方面，水利部*48“项目600kW国产化风机的研制已全面完成，进入风机市场销售阶段。现已生产、销售600kW风力发电机组超过120台，国产化率高达960，价格比国外同类产品低150以上，国内市场占有率达500以上。

　　近年来，依托单位在技术能力建设、基础条件建设、技术开发、产品改进以及促进国际风电技术交流等方面开展了大量工作，并获得了一批具有自主知识产权的科研和工程技术成果，为促进国产风电产业化与市场化的发展起到了积极的推动作用。

　　在完成科技攻关项目的同时，国内科研机构较好地实现了科技成果的产业化。从1997年国产风力发电机组的生产开始，目前金风S43/600型机组的国产化率达到了900以上，累计签订合同139台，合同金额超过了3.5亿元，一举打破了进口产品一统天下的局面，占据了国内市场份额500以上。

　　与此同时，国内许多优秀企业积极联合开发研制国产风力机零部件，完善、改进产品的性能。国产化风力机的五大主要关键零部件叶片、齿轮箱、发电机、偏航系统、电控系统都已获得成功，为下一步风力机产业化的实施打下了良好基础。

　　风力机的电控技术领域中科院电工所、新疆大学、金风科技股份公司等单位，在失速型风力机的控制方面已经取得成功经验。开发研制了具有自主知识产权的电控系统4PC和PLC），经过了实际运行考验，为今后更大容量风力机电控系统研制创造了良好条件。

　　风力机的关键零部件制造中，增速箱、发电机也成功实现了国产化。在国外，上千台的大型风力机齿轮箱普遍出现点蚀、微点蚀等不正常情况已经成为比较严重的问题。九五“期间在研制600kW风力机过程中，我国对国产齿轮箱采取了多种强化措施并收到良好效果。该项目采用的直接驱动型风力发电机组没有齿轮箱这一高故障率部件，因此更加安全可靠。

　　大型风力机叶片的设计和性能计算国内已经有较成熟的方法和工具，而且技术力量比较强。能够完成叶片的气动外形和结构设计、性能计算、载荷计算和气动稳定性计算等工作。但叶片的研制，特别是批量制造能力亟待提高，需要独立的研宄项目予以支持。惠腾公司通（下转第49页中国水利2003.9B刊强大的三维可视化分析工具，它超越了简单的三维显示或者建立简单的飞行穿行观察（fly-through），还可以在野外或空中记录GPS的坐标作为飞行路线，然后回室内回放。它使你能在真实的虚拟地理信息环境中具有真实大地坐标与投影）交互处理，既能增强或查询叠加在三维表面上影像的像元值及相关属性，还能可视化、风格化和查询地图矢量层的属性信息。它提供了多种动态观察功能，构成真三维景观，而不只是2.5维的。还可以进行洪水淹没评估、不同观测站间的可视性分析及视线区分分析。可以通过设置雾浓度、太阳高度、水波纹，特别是可以沿点/线/面ArcCoverage）的矢量数据所确定的范围直接快速叠加三维模型来模拟真实情况，还可让景观中的3D模型沿各自的路线飞行。可查询矢量数据及属性及为矢量数据建筑物）设置影像纹理，从而高效快捷地创造一个真实的虚拟三维真实世界，可广泛应用于军事，电信、数字城市、园林/景观规划设计、森林规划与防火，地矿找矿与三维制图等领域。

　　系统基础上的扩展模块OrthoBase模块用于区域网影像正射纠正，几十、几百幅图像的快速纠正，提高生产效率，影像可以是航片，数字相机，摄像机，SPOT，IOONOS，puickbird影像或其他格式都可以，它与其他类似产品相比具有许多特点：模板化的处理流程，时刻提醒用户补充遗漏的操作。方便的视窗管理功能，使用户可以预览、浏览、放大窗口，方便快速地选择控制点，方便地进行校正图像及图像间的转换。提供了6种自动连接点的寻找策略，可以提供高精度的连接点。提供SCBA及4种减少系统误差的AP模型。察看控制点与连接点在图像中的位置，可以以图形和图像两种方式察看。最终输出的图像格式丰富。与批量正射纠正的所有功能集于一身。省时、省力，适用于大规模数据处理。OrthoBASEPro在OrthoBASE的基础之上，更增加了灵活自动提取高程信息的功能，可输出各种的DEM格式，如TN、3DShapefile、ASC文本等，精度检验功能等。StereoAnalyst是用于提取DEM和二维/三维地物要素的，它简单易用，不需摄影测量专家也可得到满意的结果，还可以提取带有影像纹理的三维地物模型，直接在Virtual GIS三维可视化分析模块中使用。

　　系统的子像元分类器ERDASIMAGINE系统的子像元分类器由于采用了独特的算法可以使利用光谱的分类达到子像元级最高可提取像元面积20U以上的地物）。虽然技术独特，但其应用非常方便，自始至终采用向导式的操作，无论应用人员操作的熟练程度如何都可以获得理想的结果。由于子像元分类具有自动进行大气纠正的功能，使得感兴趣物质的特征信息不但可以在提取此信息的图像中应用，而且可以应用于不同日期和位置的其他图像。对于许多应用要获得足够感兴趣物质的训练样本并不容易的情形更加有利。子像元分类特征信息的通用性为开发便于所有用户应用的信息库提供了可能。子像元分类可以进行常规观测、动态监测及水质检测，在军事等其他应用领域具有很大市场潜力。

　　雷达数据制图雷达影像由于其全天候及独特的图像特性，遥感应用对雷达图像的使用越来越多，起到的作用越来越大。ERDASMAGINE适应这种需求开发了强大的雷达图像处理工具雷达数据制图包RadarMapping Suite）除基本处理功能外，还有Radar正射纠正、立体SAR生成DEM、干涉SAR生成。

　　胙者单位：ESRI中国有限公司遥感事业部）上接第45页）过对国家九五“科技攻关成果600kW叶片的产业化生产，很好地促进了国产产业化的进程。目前在大型叶片设计、工艺制造、试验、产品售后服务等方面积累了宝贵经验。

　　风力机的气动增效和安全性清华大学做了具有国际水平的应用基础研宄工作，例如关于风力机叶片气动稳定性分析和增效延寿技术研宄，应邀在欧共体indEngineer-ing》杂志发表系列论文，并特邀撰文和刊登照片介绍该研宄小组的工作。英国、澳大利亚、印度、古巴、巴基斯坦等国有关部门和学者要求交流与合作。所开发的风力机气动特性分析软件，被美国能源部可再生能源国家实验室NREL）评为‘优于其现有的相关商业应用软件“。近来已在风力机叶片的气动增效新机理和振动延寿新理论方面获得重要进展。

　　根据国内制造业的水平和九五“攻关所取得的经验，选择有实力、管理水平高、重视产品质量的企业，国产化零部件的质量可以有所保证。

　　总之，国内现有的技术力量和条件具备了开发研制变速恒频直接驱动型风力机的能力。在关键技术的研宄应用上还需要进一步投入力量，提高科研和产品水平。对于少数国内暂时无法解决的一些问题和零部件，可以继续从国外引进技术或产品，以求加快国产风力机的研制生产进度，实现国内外技术接轨。！作者单位：新疆金风科技股份有限公司）中国水利2003.9B刊