1.7　风力发电机组的发展趋势

20世纪80年代后，随着风力发电技术的迅速发展，风力发电机组逐步向商业化、大型化发展。到1990年底，出现了多个生产兆瓦级风力发电机组的制造商。风力发电机组的安装场址也不局限于陆地和沿海岸地带，不断地扩展到海上，出现了近海风电场。发电方式也从传统的、利用感应发电机的失速型控制方式，逐步转变为利用变流装置的变速型控制方式。总的来讲，未来风电发电机组的发展趋势体现在以下方面：

（1）水平轴风力发电机组仍然为技术主流。水平轴风力发电机组的技术特点突出，具有风能利用率高、结构紧凑等方面的优势，使水平轴风电机组仍然是国内大型风电机组发展的主流机型，并占到95%以上的世界风电设备市场份额，在国内占到100%的市场份额。同期发展的垂直轴风力机组则因存在一些技术难题，较少得到市场认可和推广应用。但垂直轴风力机具有其独特的技术特点，近年来国内外仍在持续进行一些研究和开发工作。

近年来，国内风电市场中风电机组的单机容量持续增大，随着单机容量不断增大和利用效率提高，主流机型已经从2005年的750～850kW增加到2013年的1.5～2.5MW。2012年新安装的机组的平均单机容量达到了1.65MW，而2013年新安装的机组的平均单机容量已经达到了1.73MW，最大风电机组达6MW。

近年来，海上风电场的开发进一步加快了大容量风电机组的发展，我国华锐风电的3MW海上风电机组已经在海上风电场批量应用。3.6MW、4MW、5MW、5.5MW和6MW海上风电机组已经陆续下线并投入试运行。目前，华锐、金风、上海电气、联合动力、湖南湘电、重庆海装、东方汽轮机、广东明阳和太原重工等公司都已经研制出5～6MW的大容量海上风电机组产品，为大规模开发海上风电积极做好准备。

（2）变桨变速功率调节技术得到广泛采用。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采用。结合变桨距技术的应用以及电力电子技术的发展，大多数风电机组制造厂商采用了变速恒频技术，并开发出了变桨变速风电机组，在风能转换效率上有了进一步完善和提高。2012年，在全国安装的风电机组全部采用了变桨变速恒频技术。2MW以上的风电机组大多采用三个独立的电控调桨机构，通过三组变速电机和减速箱对桨叶分别进行闭环控制。

（3）双馈异步发电技术仍占主导地位。外资企业丹麦Vestas公司、西班牙Gamesa公司、美国GE风能公司、印度Suzlon公司以及Nordex公司等都在生产双馈异步发电型变速风电机组。

我国企业华锐风电、东方气轮机、国电联合动力、广东明阳、上海电气和重庆海装等企业也在生产双馈异步发电机变速恒频风电机组。2013年我国新增风电机组中，双馈异步发电型变速风电机组约占69%的比例。目前，我国华锐风电研发的3MW的双馈异步发电型变速恒频风电机组已经在海上风电场批量投入应用，6MW的双馈异步发电型变速恒频风电机组已经试运行。国电联合动力6MW的双馈异步发电型变速恒频风电机组已经安装试验。

（4）海上风电。海上风电场的开发目前倍受重视。丹麦、德国、西班牙、瑞典等国家都在计划着较大的海上风电场项目。海上风速较陆上更大且更稳定，一般陆上风电场平均设备利用小时数为2000h，较好的为2600h，在海上则可达3000h。为了便于浮吊的施工，海上风电场一般建在水深为3～8m处，同容量装机，海上比陆上成本增加60%，电流增加50%以上。

在我国，随着海上风电场规划规模的不断扩大，各主要风电机组整机制造厂都积极投入大功率海上风电机组的研制工作。2010年，3MW海上风电机组率先推出，并在上海东海大桥海上风电场批量投入并网运行。6MW海上风电机组已于2011年10月在江苏射阳县临港产业区完成首台机组的吊装。6MW直驱式海上风电机组已经下线。中外公司合作研发的5MW海上直驱永磁风电机组已经投入试运行。“海上风力发电工程技术研发中心”的成立，形成了全套产业链的整合，完成了5MW海上风电机组的研发。6MW海上风电机组已经安装试运行。多家国内公司都在全力研制大型海上风电机组。

（5）直驱式风力发电机组。直驱式风电机组能有效地减少由于齿轮箱故障导致的风电机组停机事故，提高了系统的运行可靠性，降低了设备的维修成本。直驱式风电机组一般需要采用全功率变流方式并网发电，随着几年来全功率变流并网技术的发展和应用，使风轮和发电机系统的调速范围得以扩大，可以有效地提高风能利用率，改善向电网供电的质量。直驱式风电机组研发的技术关键是发电机系统，随着高性能材料、电机设计技术和电子变流器制作技术的进步，此种机型具有很好的发展前景。目前，全功率变流技术存在的主要问题是对电网的谐波污染较大，设备成本较高。

我国新疆金风科技有限公司与德国Vensys公司合作研制的1.5MW直驱式风电机组，已有上千台安装在风电场。金风科技有限公司研制的2.5MW直驱式风电机组已经批量投放国内外市场。金风科技在2011年、2012年和2013年连续成为我国风电市场的第一大供应商。