而根據(jù)中國可再生能源學會風能專業(yè)委員會主任賀德馨的預測,到2015年,全國累計并網(wǎng)運行的風電裝機容量將達到1億千瓦,年發(fā)電量達到1900億千瓦時,風電發(fā)電量在全部發(fā)電量中的比重有望超過3%。
蓬勃發(fā)展的風電市場帶來了激烈的競爭,同時引發(fā)了技術創(chuàng)新和產(chǎn)品創(chuàng)新的高潮,涉及的領域從全新的風機涉及到主要零件的質(zhì)量提升以及智能系統(tǒng)的升級。業(yè)內(nèi)人士認為,推動新技術開發(fā)的根本原因是要進一步降低設備使用壽命在內(nèi)的能源成本,采用的手段包括優(yōu)化設計提高風機系統(tǒng)性能和可靠性、降低負荷、降低投資和運營成本。
對于海上風能產(chǎn)業(yè)來說,最重要的目標是有效地把20到25年周期內(nèi)發(fā)電成本峰值從目前的約每兆瓦時170歐元,在2020年以前降低到120歐元。陸地風場的能源成本通常要低很多,但是需要努力讓能源成本降低到與常規(guī)發(fā)電和核電持平的水平甚至更低。
在2012北京國際風能大會暨展覽會(CWP)上,記者了解到,一項已經(jīng)發(fā)揮巨大作用的創(chuàng)新就是在同一容量標準的風機上安裝更大的葉輪,這同時適用于在海上和陸地兩種風種。率先開創(chuàng)這一趨勢的是維斯塔斯,它近年來推出的葉輪直徑達到100米,許多競爭廠家立即跟進,通用電氣的1.6兆瓦風機葉片也達到100米,而歌美颯最新的2兆瓦風機葉輪直徑達到了114米。10年前,主流2兆瓦的葉輪直徑只有80米,當前的同樣裝機容量條件下葉輪掃過的面積增加了一倍。
另一項與大葉輪并行的趨勢是將風機安裝在更高的塔筒上以獲取更有利的風速。在更高的位置上風速就更加穩(wěn)定,因而可以延長風機的運轉(zhuǎn)時間和壽命。據(jù)悉,同樣一臺風機在每秒6.7米風速條件下放在100米高度的產(chǎn)能要比放在70米高度多出20%到25%。隨著高度的增加,阻擋和降低風速的自然條件就會逐步減少。在海上,6至7兆瓦機型不斷增加,甚至有望出現(xiàn)10到20兆瓦,然而,這些機型的市場前景完全取決于政府審批,尤其是對最高風機安裝高度的限制。
“目前人們的一個共識是200米的總安裝高度是上限。采用復合結構的Fuhrlander公司設計了一種復合塔筒,混凝土底部有多塊預制結構。而西門子與丹麥的一家鋼結構件制造商聯(lián)合開發(fā)了一種螺栓緊固式鋼殼多邊形塔筒,它由多邊組合便于運輸和安裝的錐形鋼預制件組成,適合于現(xiàn)場安裝,解決了鋼管型塔筒經(jīng)常遇到的底部尺寸限制的問題。在我國缺少大型風機安裝設備的現(xiàn)狀下,值得我國學習。”在CWP2012上,一位參展的國內(nèi)風電設備企業(yè)負責人表示。
不管用不用齒輪箱,基本上所有的風機系統(tǒng)都會遇到因風速變化而造成葉輪轉(zhuǎn)速不均勻的問題,因此需要安裝部分或全功率電子變流器將各種頻率的電流轉(zhuǎn)化成復合電網(wǎng)標準的50或60赫茲的電流。
記者從展會了解到,目前國際上一些廠商已經(jīng)開始探索驅(qū)動系統(tǒng)的備用解決方案,包括機械-液壓復合驅(qū)動,活著單液壓或單機驅(qū)動系統(tǒng),所有這些解決方案都著眼于在葉輪轉(zhuǎn)速不均的前提下如何保持電機轉(zhuǎn)速穩(wěn)定,因而一舉免除使用變流器的需要。
風機常見的是三葉片,并且已經(jīng)統(tǒng)領市場,然而,雙葉片的風機也并未絕跡,反而不斷有企業(yè)試水研制和生產(chǎn)。據(jù)悉,至少有4家公司在研制雙葉片機型,目標是投入海上風場應用。
據(jù)了解,國內(nèi)風機研發(fā)企業(yè)遠景能源科技有限公司的3.6兆瓦E128風機被稱作是可以模塊化生產(chǎn)的機型,該機型在測試階段主要將檢驗兩項創(chuàng)新:一是固定式上風葉輪;而是葉片外側可以旋轉(zhuǎn)的部分變槳系統(tǒng)。英國的Condor公司則正在開發(fā)一款5兆瓦的帶有偏航調(diào)控裝置的上風風機,它采用的技術是在高風速下將葉輪平面逐漸調(diào)整進入順風狀態(tài)。德國的SCD公司研制出了下風式6.5兆瓦中風速海上風機和3兆瓦中速上風風機。這兩種產(chǎn)品的生產(chǎn)許可證都發(fā)給了中國的明陽風電集團。其中,3兆瓦產(chǎn)品已經(jīng)投入商用。
業(yè)內(nèi)專家認為,如果高容量風機被市場接受成為主流產(chǎn)品,它們將給市場提供降低能源成本的巨大空間。對于陸上和海上風機來說,不管采用什么技術,能在單位容量內(nèi)以最低的壽命內(nèi)運行成本產(chǎn)出更多發(fā)電量的機型,就將是最后的贏家。