風電機組主流技術市場發(fā)展分析

　　從齒輪箱看：直驅機組不采用齒輪箱，風輪直接帶動發(fā)電機轉子旋轉，省去齒輪箱可以減少其機械故障，但風輪與發(fā)電機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)電機上，增加了發(fā)電機出故障的可能性。雙饋機組采用齒輪箱將風輪轉速升高，提高了發(fā)電機的效率，而齒輪箱技術從上世紀90年代起已經(jīng)發(fā)展的非常成熟，其故障率已經(jīng)逐漸降低。
　　運維情況與故障維修
　　從低風速下的運行情況看，直驅式風機沒有運行轉速下限的限制，而雙饋式風機存在著運行轉速的下限，所以從原理上來講直驅式風機的切入風速可以更低。但是，直驅式風機所使用的全功率變頻器存在較高的功率損耗問題，由于全功率變頻器的容量是雙饋風機中變頻器的3倍左右，變頻器的功率器件和冷卻等設備所消耗功率也要大很多。同時，風電機組可以吸收的風能與風速的三次方成正比，所以在低的切入風速的情況下可利用的風能非常有限。綜合考慮以上兩個方面，在低風速下雙饋式風機和直驅式風機的實際發(fā)電功率是旗鼓相當?shù)摹?
　　從故障維修方面看，直驅技術由于沒有齒輪箱會減少相應的故障率，但是直驅技術也并非沒有短處，發(fā)電機散熱與機頭載荷，就是困擾直驅技術的兩大問題。由于直驅機組必須通過空氣流過轉子和定子之間的間隙來進行冷卻，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，造成風機磁隙發(fā)生變化，從而影響機組性能，由于存在強磁場，附著后的帶電粒子和灰塵很難去除。此外，直驅機組雖然省去了“齒輪箱”，卻增加了其機頭載荷，機身更大，用鋼材更多。機頭重量過重容易使機艙、輪轂的聯(lián)合處磨損。而且由于存在強的永磁場，在機組上進行維修幾乎不可能，金屬工具在機組上也很難運作，一旦發(fā)生故障就要將整個機艙運回車間維修，而在海上項目中一旦發(fā)生故障則需將整個機艙拆下，拆卸和安裝成本巨大。而雙饋機型可以對齒輪箱、發(fā)電機等部件單獨維修，其維護難度和維護成本要遠遠低于直驅機型。
　　未來幾年內雙饋和直驅兩種技術的發(fā)展趨勢
　　現(xiàn)階段雙饋技術經(jīng)過多年發(fā)展，技術已相對成熟，機組運行狀態(tài)穩(wěn)定，市場認可度較高；相對而言永磁同步（直驅、半直驅為代表）技術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有所不足：
　　（1）發(fā)電量：永磁同步技術其機組轉速范圍較寬，在低風速下發(fā)電量有一定優(yōu)勢，但其全功率變頻的特點導致隨風速提高，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，雙饋技術略優(yōu)于永磁同步技術。
　　（2）成本：永磁同步技術雖然降低或省去了齒輪箱成本，但其發(fā)電機和全功率變頻器均較雙饋技術更加昂貴。
　　（3）電能質量：永磁同步技術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。而雙饋機組中的諧波含量可控制在較低水平。
　　（4）機組安全：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：永磁同步技術其發(fā)電機存在退磁隱患，尚無明確更換方案。Enercon公司發(fā)電機仍采用損耗大的電勵磁方式。
　　（6）海上裝機：直驅機組往往采用利用定轉子間氣隙以自然通風的方式對發(fā)電機進行冷卻，當安裝到海上風場時，發(fā)電機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)在海上風場尚無安裝大型直驅風電機組的先例。