直驅式風力發電機(Direct-driven Wind Turbine Generators),是一種由風力直接驅動發電機,亦稱無齒輪風力發動機,這種發電機采用多極電機與葉輪直接連接進行驅動的方式,免去齒輪箱這一傳統部件。由于齒輪箱是目前在兆瓦級風力發電機中屬易過載和過早損壞率較高的部件,因此,沒有齒輪箱的直驅式風力發動機,具備低風速時高效率、低噪音、高壽命、減小機組體積、降低運行維護成本等諸多優點。
直驅式(無齒輪)風力發電機始于20多年前,由于電氣技術和成本等原因,發展較慢。隨著近幾年技術的發展,其優勢才逐漸凸現。德國、美國、丹麥都是在該技術領域發展較為領先的國家,其中德國西門子公司開發的(直驅式)無齒輪同步發電機安裝在世界最大的挪威風力發電場,最高效率達98%。
1997年的風機市場上出現了兼具無齒輪、變速變槳距等特征的風力發電機,這些高產能、運行維護成本低的先進機型有E-33、E-48、E-70等型號,容量從330千瓦至2兆瓦,由德國ENERCONGmbH公司制造,它們的研制始于1992年。2000年,瑞典ABB公司成功研制了3兆瓦的巨型可變速風力發電機組,其中包括永磁式轉子結構的高壓風力發電機Wind former,容量3兆瓦、高約70米、風扇直徑約90米。2003年,在Okinawa電力公司開始運行的MWT-S2000型風力發電機,是日本三菱重工首度完全自行制造的2兆瓦級風機,采用小尺寸的變速無齒輪永磁同步電機,新型輕質葉片。
目前,國內多家企業也開始進軍直驅式風力發電機領域,湘潭電機集團與日本原弘產株式會社合資組建的湖南湘電風能有限公司,2兆瓦直驅式永磁風力發電整機機組已試車成功;廣西銀河艾萬迪斯風力發電有限公司與德國AVAVTIS公司聯合推出的2.5兆瓦直驅變槳風力發電也將于2008年二季度完成樣機;具有自主知識產權的新疆金鳳科技股份公司、哈爾濱九州電氣公司也分別研制出1.5兆瓦直驅式風力發電機。
編輯本段直驅永磁風力發電機組特點
直驅永磁風力發電機有以下幾個方面優點[1]:
1.發電效率高:直驅式風力發電機組沒有齒輪箱,減少了傳動損耗,提高了發電效率,尤其是在低風速環境下,效果更加顯著。
2.可靠性高:齒輪箱是風力發電機組運行出現故障頻率較高的部件,直驅技術省去了齒輪箱及其附件,簡化了傳動結構,提高了機組的可靠性。同時,機組在低轉速下運行,旋轉部件較少,可靠性更高。
3.運行及維護成本低:采用無齒輪直驅技術可減少風力發電機組零部件數量,避免齒輪箱油的定期更換,降低了運行維護成本。
4.電網接入性能優異:直驅永磁風力發電機組的低電壓穿越使得電網并網點電壓跌落時,風力發電機組能夠在一定電壓跌落的范圍內不間斷并網運行,從而維持電網的穩定運行。
直驅型風力發電機組沒有齒輪箱,低速風輪直接與發電機相連接,各種有害沖擊載荷也全部由發電機系統承受,對發電機要求很高。同時,為了提高發電效率,發電機的極數非常大,通常在100極左右,發電機的結構變得非常復雜,體積龐大,需要進行整機吊裝維護。且永磁材料及稀土的使用增加了一些不確定因素。
湘潭電機股份有限公司關于新產品研制情況的公告
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今年以來
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湘電股份9.58+0.121.27%,由于稀土價格的暴漲,制約了公司直驅永磁風力發電機的批量生產,為了應對市場變化,公司迅速作出了研發電勵磁風力發電機新產品的決定。近日,湘潭電機股份有限公司首臺電勵磁風力發電機型試驗在國家風力發電機試驗中心試驗成功,各項數據均達到設計要求,這標志著公司在風電產業領域又一重大結構性突破。
特此公告!
湘潭電機股份有限公司董事會
二O 一一年九月二十九日
國內首臺5兆瓦永磁直驅海上風力發電機湘潭下線
系我國自主研發生產的首臺單臺功率最大的海上風力發電機
與歐洲同類產品相比,具有明顯優勢,2011年批量供應國內外市場
本報10月21日訊 (記者 陳亞靜)今天上午,國內首臺5兆瓦永磁直驅海上風力發電機下線暨海上風力發電技術與檢測國家重點實驗室授牌儀式在湘潭電機股份有限公司(以下簡稱湘電)舉行,這是我國風電產業發展史上的重要里程碑,也標志著湖南在大型風電裝備制造領域已經躋身世界前列。省委書記、省人大常委會主任周強宣布下線。
原國家航天航空工業部部長林崇棠,原國家機械工業部部長包敘定,全國人大原副秘書長王宋大,國家科技部副部長曹健林,省委常委、省委秘書長楊泰波,老同志范多富出席儀式。
上午11時,隨著風機輕快地開始旋轉,電子屏幕上的數字歡快地跳動起來,當顯示輸出功率測試數據達到5.125兆瓦時,湘電風力發電車間內歡呼聲震天,我國首臺5兆瓦永磁直驅海上風力發電機成功下線!這也是我國自主研發生產的首臺單臺功率最大的海上風力發電機,擁有13項專利,5項注冊商標。它的研制成功,標志著我國大型風電裝備國產化取得了又一重大突破。
風力發電的原理,是利用風力帶動風車葉片旋轉,促使發電機發電,而海上風電機組因為特殊的工作環境,需要長期經受風浪侵襲,研發中一直面臨著運輸安裝、防腐防潮、維護保養等諸多難關。此次下線的大型風力發電機,針對復雜海洋環境專門研發,攻克了海上風力發電機組整機集成技術、冷卻系統及防腐防潮設計技術、復合材料葉片等技術難題,具有發電效率更高、結構更加緊湊、磁鋼抗氧化性能更高等特點,與歐洲已在試運行的同功率風力發電機組比較,具有結構更簡單、運行更可靠、單位功率對應質量最輕、便于維護等顯著優勢。
今年年底,新下線的發電機將率先在中國和歐洲各安裝運行一臺,2011年開始批量供應國內外市場。據湘電董事長周建雄介紹,5兆瓦發電機配備的葉輪直徑達115米,輪轂高達85米,猶如一個巨大的轉輪,在海上“圈”風發電。
湘電集團擁有74年研發制造海上機電裝備的歷史,已經建立了較為完備的海洋裝備技術研發人才隊伍和技術驗證平臺。儀式上,國家科技部授予湘電“海上風力發電技術與檢測國家重點實驗室”牌匾。曹健林表示,此次將國家級重點實驗室設在湖南,是希望進一步發揮湘電作為全國風電裝備領軍企業的優勢,瞄準世界風電裝備技術的發展前沿,重點研究解決風力發電共性關鍵技術難題,推動和促進我國民族裝備工業的發展,滿足國家新能源開發建設的巨大需求。
風力發電機中的直驅永磁技術有何優缺點?
直驅技術目前并不成熟,主要問題集中在變槳和變流上,機械問題主要在發電機軸承。直驅坐的越大 發電機也越大 不方便運輸和吊裝。
風力發電機也在逐步的永磁化。采用永磁風力發電機,不僅可以提高發電機的效率,而且能在增大電機容量的同時,減少體積,并且因為發電機采用了永磁結構,省去了電刷和集電環等易耗機械部件,提高了系統的可靠性,這也是風電發電機的發展趨勢之一。
風力機的直驅化也是當前的一個熱點趨勢。目前大多風電系統發電機與風輪并不是直接相連,而是通過變速齒輪相連,這種機械裝置不僅降低了系統的效率,增加了系統的成本,而且容易出現故障,是風力發電急需解決的瓶頸問題。直驅式風力發電機可以直接與風輪相連,增加了系統的穩定性,同時增大了電機的體積和設計制造以及控制的難度。直驅型風力發電系統是采用風輪直接驅動多極低速永磁同步發電機發電,通過功率變換電路將電能轉換后并入電網,相對于雙饋型發電系統,直驅式發電機采用較多的極對數,使得在轉速較低時,發電機定子電壓輸出頻率仍然比較高,完全可以在電機的額定等級下工作,并且其定子輸出電壓通過變流器后再和電網相接,定子頻率變化并不會影響電網頻率。在直驅風力發電系統中風機與發電機直接耦合,省去了傳統風力發電系統中的國內難以自主生產且故障率較高的齒輪箱這一部件,減少了發電機的維護工作,并且降低了噪音。另外其不需要電勵磁裝置,具有重量輕、效率高、可靠性好的優點。
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