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【技術(shù)】風電機組傳動系統(tǒng)應該使用永磁還是雙饋?

2015-05-26 來源:CWEA《風能》 瀏覽數(shù):1115

  在風電行業(yè),關(guān)于現(xiàn)代風電機組傳動系統(tǒng)應該使用永磁發(fā)電機還是雙饋發(fā)電機到今仍然存在爭議。很多技術(shù)專家及行業(yè)意見領(lǐng)袖都曾建議使用雙饋電機,并且表達了對于永磁發(fā)電機技術(shù)的種種疑慮。斯維奇認為,無論使用何種評判標準,永磁發(fā)電機及全功率變流器系統(tǒng)是目前業(yè)界最好的技術(shù)。
  評判標準一:全生命周期成本效率
  總有聲音認為永磁發(fā)電機和全功率變流器系統(tǒng)比雙饋系統(tǒng)貴。實際上,研究證明,當把所有的投資及運營所需的成本都考慮進去時,永磁發(fā)電機及全功率變流器系統(tǒng)比雙饋系統(tǒng)在機組的全生命周期內(nèi)更便宜,更劃算。
  裝配有永磁發(fā)電機及全功率變流器的風電機組并網(wǎng)之后具有較低的成本,這相對裝有雙饋系統(tǒng)的機組來說是一個巨大的優(yōu)勢。雙饋技術(shù)滿足電網(wǎng)標準需要增加硬件及軟件設(shè)備,從而增加成本;永磁發(fā)電機及全功率變流器傳動系統(tǒng)已經(jīng)具有諸如發(fā)無功及低電壓穿越的功能,這樣便拉平了和雙饋設(shè)備初始投資成本之間的差距。
  從長期來看,永磁技術(shù)的優(yōu)勢是能夠發(fā)出更多的電,因為它的功率曲線具有更高效率。永磁發(fā)電機及全功率變流器傳動系統(tǒng)能夠在整個運行范圍內(nèi)確實地提高風電機組效率。在100%功率條件下,永磁發(fā)電機及全功率變流器傳動系統(tǒng)與雙饋及雙饋變流器的效率相似。然而,100%功率的風況并不常見。在通常風況下,永磁傳動系統(tǒng)已經(jīng)被證實更有效率。不管是從運行性能、電機損耗、變流器功率范圍還是風況的角度來看,永磁發(fā)電機及全功率變流器傳動系統(tǒng)都被證明有更高的年發(fā)電量。
  永磁發(fā)電機的設(shè)計還能夠提高可靠性,從而使機組運維費用較低。根據(jù)統(tǒng)計,永磁發(fā)電機具有更少的電氣故障和效率(故障率0.59/年,其他技術(shù)的故障率為0.69/年)。從停機時間考量,最新的永磁發(fā)電機更可靠,其停機時間為1.98天/年,而其他技術(shù)的停機時間為>2.36故障天數(shù)/年。NextWind最新研究報告中估計:雙饋機組每年的服務成本,包括其齒輪箱所需的額外費用,總計比永磁機組的服務成本高20%-30%。
  此外,稀土原材料價格不穩(wěn)定、來源有限一直被認為是永磁發(fā)電機的固有風險。其實,稀土磁鋼的價格和以往相比已經(jīng)降低了很多,而且在較長時間段內(nèi)趨于穩(wěn)定。并且,通過磁鋼的結(jié)構(gòu)設(shè)計也可以優(yōu)化使用所需的稀土量。所以永磁發(fā)電機的這部分價格溢價可以被消除。
  評判標準二:可靠性及可利用率
  有些人錯誤地認為永磁發(fā)電機及全功率變流器解決方案會需要很多不可靠的電力電子設(shè)備。實際上,永磁發(fā)電機及全功率變流器系統(tǒng)所使用的電力電子設(shè)備數(shù)量和雙饋系統(tǒng)相當,只不過雙饋變流器所需的功率等級較低而已。無論是永磁發(fā)電機及全功率變流器傳動系統(tǒng),還是雙饋發(fā)電機及雙饋變流器系統(tǒng),電力電子設(shè)備的故障率都會導致同樣的結(jié)果。
  NextWind的研究報告得出結(jié)論:和雙饋發(fā)電機相比,永磁發(fā)電機有更高的可靠性并且維護成本更低;因為永磁發(fā)電機在高熱運行環(huán)境下性能更優(yōu)異,而且永磁發(fā)電機無需滑環(huán)和編碼器。Sciemus最新的研究報告也證實“和其他技術(shù)的發(fā)電機(故障率為0.12-0.14/年)相比,永磁發(fā)電機更可靠(故障率為0.11/年)”。
  永磁發(fā)電機需要使用釹鐵硼磁鋼,該磁鋼對于腐蝕和熱很敏感。因此,有些專家認為過熱會導致電流損失迅速攀升。這些專家還錯誤地認為釹鐵硼磁鋼有極性翻轉(zhuǎn)及去磁的風險。事實上,釹鐵硼磁鋼都有涂層保護,可以非常有效的使其免于腐蝕。在組裝轉(zhuǎn)子的時候也會使用氣密封裝,這也會起到保護作用。
  從制造的角度看,為了保證永磁發(fā)電機及全功率變流器系統(tǒng)的性能,合適的生產(chǎn)質(zhì)量標準及工程制造水平都是必需的要素。為直驅(qū)風電機組生產(chǎn)大型的永磁發(fā)電機需要更高的專業(yè)工藝水準。實際上,轉(zhuǎn)子和定子之間的氣隙精度要求很高,當需要生產(chǎn)一個直徑達6米的元部件時,不是所有的工廠都能夠做到維持這一精度標準。但是,只要設(shè)計得當,生產(chǎn)標準執(zhí)行到位,在大型直驅(qū)風電機組的生產(chǎn)過程中就能夠達到高精度水準,而不需要再采取額外的工藝。
  永磁發(fā)電機及全功率變流器解決方案和雙饋方案相比,維護更方便。由于不需要滑環(huán)和電刷,而且更容易符合電網(wǎng)標準,永磁發(fā)電機的設(shè)計提高了可靠性并使之便于維護。Sciemus最新的風能研究報告同時確認:永磁發(fā)電機的設(shè)計擁有“較低的故障率”:該報告同時指出:就停機時間來說,考慮到7種模式下最低的故障率,最新的永磁發(fā)電機設(shè)備是最可靠的。

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