【正文】 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組開發(fā)研制及國產(chǎn)化項(xiàng)目可行性研究報(bào) 告 1 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組開發(fā)研制及國產(chǎn)化項(xiàng)目 可行性研究報(bào)告 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組開發(fā)研制及國產(chǎn)化項(xiàng)目可行性研究報(bào) 告 2 第一章 項(xiàng)目的背景和意義 1. 項(xiàng)目的背景 隨著人類社會進(jìn)入 21 世紀(jì)和經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，世界各國都面臨著人口、能源、環(huán)境的重大壓力。一個(gè)人口迅速膨脹的人類社會，正以自人類產(chǎn)生以來從未有過的空前速度，大量消耗著地球上億萬年前形成的極為有限的化石資源。據(jù)20xx 年聯(lián)合國統(tǒng)計(jì)，目前世界上已探明的石油資源，只夠人類使用 44 年；天然氣也僅夠使用 62 年左右；煤炭可以使用 230 年。一切有遠(yuǎn)見的人們都開始考慮如何不以犧牲后代生存環(huán)境、經(jīng)濟(jì)資源為代價(jià)來發(fā) 展我們的社會，也即可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略問題。 中國政府也向全世界莊嚴(yán)地承諾 21 世紀(jì)走可持續(xù)發(fā)展的道路，并研究、制定和開始執(zhí)行 21 世紀(jì)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略。在能源領(lǐng)域，開發(fā)利用新的可再生的清潔能源（即新能源，主要有風(fēng)能、太陽能、生物能、海洋能、地?zé)崮艿龋┚褪窃搼?zhàn)略其中之一。 風(fēng)能取之不盡，用之不竭，而且風(fēng)電無污染。自 20 世紀(jì) 70 年代世界石油危機(jī)以來，風(fēng)力發(fā)電開始逐步發(fā)展起來，尤其到 20 世紀(jì) 90 年代，由于科技的進(jìn)步，風(fēng)力發(fā)電從新能源中脫穎而出，成為最具工業(yè)開發(fā)規(guī)模的一種新能源。值得注意的是，近年來全球正日益關(guān)注防止地球 變暖的問題，風(fēng)力發(fā)電減排 CO2溫室氣體的作用日益為人們所重視，歐美等發(fā)達(dá)國家均作出相應(yīng)的減排承諾，使開發(fā)風(fēng)電正方興未艾地在世界各地迅速崛起，風(fēng)電正迎來了其從未有過的大發(fā)展時(shí)期。 2. 項(xiàng)目的意義 風(fēng)力發(fā)電對調(diào)整能源結(jié)構(gòu)的意義 我國雖然擁有比較豐富而多樣的能源資源，但人均占有量很低，遠(yuǎn)低于世界人均數(shù)。而且地區(qū)分布極不平衡。這給能源開發(fā)、輸送和工業(yè)布局帶來一系列問題。 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組開發(fā)研制及國產(chǎn)化項(xiàng)目可行性研究報(bào) 告 3 我國煤炭資源較豐富，資源總量為 萬億噸，保有儲量為 1 萬億噸左右，正在建設(shè)和開采的保有儲量為 2511 億噸。由于經(jīng)濟(jì)和歷史的原因，這也使我 國成為目前世界上極少數(shù)幾個(gè)能源消費(fèi)以煤炭為主（目前占 75%左右）的國家之一，并在相當(dāng)長的時(shí)期內(nèi)還不可能得到根本改變。然而，煤炭是重要的化工原料，大量煤炭直接燃燒，僅利用了其中的熱能，既浪費(fèi)了不可再生的資源，又帶來了污染環(huán)境的問題，也降低了資源利用的經(jīng)濟(jì)效益。 ，通過 風(fēng)電設(shè)備國產(chǎn)化、本地化帶動區(qū)域經(jīng)濟(jì)的發(fā)展 中國風(fēng)力發(fā)電增長也十分迅猛， 90 年代全國風(fēng)電裝機(jī)不足 1萬 KW， 20xx 年中國除臺灣省外新增風(fēng)電機(jī)組 588 臺，累計(jì)風(fēng)電機(jī)組 1854 臺，新增裝機(jī)容量 萬 kW，累計(jì)裝機(jī)容量 126 萬 kW，新增 17 個(gè)風(fēng)電場，共有個(gè) 59個(gè)風(fēng)電場。與 20xx年當(dāng)年新增裝機(jī) 萬 kW 相比， 20xx 年當(dāng)年新增裝機(jī)增長率為 252%。與 20xx年累計(jì)裝機(jī) 萬 kW相比， 20xx 年累計(jì)裝機(jī)增長率為 %。 我國風(fēng)電發(fā)展經(jīng)歷了 20 多年，風(fēng)電場選用的設(shè)備大部分是國外進(jìn)口產(chǎn)品。由于國外設(shè)備價(jià)格和維護(hù)維修成本都較高，使風(fēng)電電價(jià)居高不下。 目前，國際上風(fēng)電技術(shù)越來越成熟，從西起新疆，東至 福建、浙江、江蘇、山東沿海各省，北起黑龍江，南至廣東、海南，不僅平均風(fēng)速好，而且風(fēng)的質(zhì)量很好， 宜建大型風(fēng)電 場。但是，國產(chǎn)的風(fēng)力機(jī)的裝備水平，跟不上形勢的發(fā)展步伐， 85%的風(fēng)力機(jī)需進(jìn)口。 因此，我國風(fēng)電要快速發(fā)展，首先要加快風(fēng)電機(jī)組國產(chǎn)化、規(guī)?；椒?，它是當(dāng)前我國風(fēng)電健康、快速發(fā)展的關(guān)鍵。 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組開發(fā)研制及國產(chǎn)化項(xiàng)目可行性研究報(bào) 告 4 首先，國產(chǎn)化的風(fēng)電機(jī)組能滿足不同市場的需求。一般歐洲國家風(fēng)電機(jī)組供應(yīng)廠商提供的產(chǎn)品都是按 IEC 標(biāo)準(zhǔn)、 II 級風(fēng)況、 20～＋ 40℃溫度范圍設(shè)計(jì)。我國幅員遼闊，南北氣候差異較大，歐洲等國外生產(chǎn)的機(jī)組不一定能完全適合我國的氣候條件。而國內(nèi)廠商則可以根據(jù)不同氣候、風(fēng)況條件，研制出適合不同地區(qū)風(fēng)電場用戶要求的機(jī)組。如：考慮北方地區(qū)要求，研 制能耐 30℃及其以下氣溫要求的低溫型機(jī)組；考慮沿海地區(qū)要求，研制具備三防措施 (防鹽霧、防濕熱、防霉菌 )的沿海高溫型機(jī)組；考慮我國三北地區(qū)有些地方年平均風(fēng)速在 10米高度下只有 米～ 米／秒，國產(chǎn)機(jī)組可以在風(fēng)輪直徑及葉片設(shè)計(jì)上采取措施，提高其發(fā)電量。根據(jù)市場調(diào)查，國外進(jìn)口風(fēng)電機(jī)組對我國一些特殊氣候條件很難適應(yīng)，造成較高故障率。 發(fā)展風(fēng)力發(fā)電可以建立新興的制造產(chǎn)業(yè)，大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組科技含量高，能夠促進(jìn)專業(yè)部件生產(chǎn)企業(yè)技術(shù)升級，帶動相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，促進(jìn)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展，參與國際市場競爭。我省機(jī)械配套、電器配套 、機(jī)械加工能力比較強(qiáng)，通過開發(fā)大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組可以帶動這些產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。如：杭州齒輪箱廠我們可以聯(lián)合開發(fā) MW 級風(fēng)力發(fā)電機(jī)組齒輪箱和偏航減速器，溫州地區(qū)的瑞安塔架廠我們可以聯(lián)合開發(fā)風(fēng)力發(fā)電機(jī)大型塔架，溫州地區(qū)樂清玻璃鋼廠我們可以聯(lián)合開發(fā)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的機(jī)倉罩和葉片（已經(jīng)合作開發(fā)了 750KW 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的機(jī)倉罩）。還有一些配套部件浙江省乃至溫州地區(qū)地區(qū)部分企業(yè)均能生產(chǎn)，如：機(jī)組底板、輪轂、連軸器等。 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組年產(chǎn)量按 500 臺計(jì)算，以上配套廠家可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)值23 億人民幣 , 實(shí)現(xiàn)銷售稅金 億人民幣。開發(fā)具有 自己知識產(chǎn)權(quán)的大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，對促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、發(fā)展民族工業(yè)、提高國產(chǎn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組裝備 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組開發(fā)研制及國產(chǎn)化項(xiàng)目可行性研究報(bào) 告 5 水平和能力、調(diào)整能源結(jié)構(gòu)、節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境與生態(tài)平衡，具有重要的意義和作用。 另外，國產(chǎn)化或本地化風(fēng)電機(jī)組有運(yùn)輸?shù)膬?yōu)勢。 20 年來，我國風(fēng)電機(jī)組單機(jī)容量增長很快，“七五”期間國產(chǎn)機(jī)組平均單機(jī)容量為 100 千瓦級，“八五”期間為 200 千瓦級，“九五”期間為 600 千瓦級，“十五”期間為 750 千瓦。但現(xiàn)在世界上風(fēng)電機(jī)組主導(dǎo)機(jī)型為 ～ 2兆瓦級，風(fēng)電機(jī)組單機(jī)容量向兆瓦級發(fā)展已是必然趨勢。這要求風(fēng)電機(jī)組風(fēng)輪葉片長度大于 30 米， 機(jī)艙重大于 50 噸，塔架高度和重量都有較大增加。這給長途運(yùn)輸帶來很多不便，其費(fèi)用在機(jī)組造價(jià)中所占的比重越來越大。對跨國界長距離運(yùn)輸來說，不僅運(yùn)輸時(shí)間長，而且風(fēng)險(xiǎn)很大。一般來說，進(jìn)口設(shè)備運(yùn)輸?shù)街袊劭谛枰?30～ 40 天；國際運(yùn)輸費(fèi)用大約占整機(jī)費(fèi)用的 5%～ 10%。 第二章 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 . 國外風(fēng)電機(jī)組和風(fēng)力發(fā)電發(fā)展?fàn)顩r及趨勢 風(fēng)電將是 21 世紀(jì)內(nèi)發(fā)展最快的一種可再生新能源。到 90 年代主要是為保護(hù)地球環(huán)境，減排溫室氣體 CO2，減少日益枯竭的化石燃料的消耗；到 20xx 年左右，由于風(fēng)電技術(shù)的進(jìn)一步提高 ，風(fēng)電將更有競爭性，其清潔和安全性更符合綠色社會的可持續(xù)發(fā)展的要求。世界各國政府都通過立法或給予不同的優(yōu)惠政策，以激勵、扶持和推進(jìn)發(fā)展風(fēng)電。 大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組研制屬新能源領(lǐng)域，涉及空氣動力學(xué)、高分子材料、輸配電系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)自動控制、電力電子技術(shù)以及機(jī)械制造、液壓控制等學(xué)科，是國際上近二十年才得到蓬勃發(fā)展的新興邊緣學(xué)科之一。目前，世界上僅有少數(shù)發(fā)達(dá) 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組開發(fā)研制及國產(chǎn)化項(xiàng)目可行性研究報(bào) 告 6 國家掌握大型風(fēng)力發(fā)電組制造技術(shù)。 在風(fēng)力機(jī)制造方面技術(shù)先進(jìn)、裝備能力強(qiáng)的國家，主要有丹麥、德國、西班牙、美國、荷蘭等國家。隨電力電子技術(shù)的發(fā)展，新型發(fā)電機(jī)的開發(fā)以及 新材料的應(yīng)用，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的發(fā)展趨勢主要體現(xiàn)在單機(jī)容量不斷增大。 1996 年時(shí)主流風(fēng)電機(jī)的功率為 600KW 左右，目前已上升到兆瓦級的機(jī)組。歐洲上述幾個(gè)國家新裝單機(jī)容量已達(dá) 1200KW 左右， 2 兆瓦級以上風(fēng)電機(jī)組已在成批生產(chǎn)。 5MW 級的機(jī)組已在試驗(yàn)生產(chǎn)了。其中必然要采用一些新的復(fù)合材料和新的技術(shù)。 例如：單機(jī)容量不斷增大、葉片長度也不斷增長， 2MW 風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪直徑達(dá) 80m。目前最長的槳葉已經(jīng)做到 50m。 在中、大型風(fēng)電機(jī)的設(shè)計(jì)中，采用更高的塔架，以捕獲更多的風(fēng)能。在地處平坦的地帶的風(fēng)力機(jī)，在 50 m 高捕捉的風(fēng)能要比在 30 m 高處多 20%。 5MW 海上風(fēng)力機(jī)，塔高 100 m 風(fēng)輪直徑達(dá) 100 m，真是令人驚嘆。 隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，近幾年來變槳、變速、恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)受到青睞和開發(fā)應(yīng)用。特別是一種采用雙反饋發(fā)電機(jī)技術(shù)的變速風(fēng)力機(jī)，紛紛被用于一些較大容量的風(fēng)力機(jī)上。其葉輪的轉(zhuǎn)速隨風(fēng)速而改變，通過大功率電力電子變換器，用轉(zhuǎn)速與電網(wǎng)頻率之差的信號改變轉(zhuǎn)子電流頻率，使發(fā)電機(jī)的交流電輸出與電網(wǎng)保持同頻率。由于它被設(shè)計(jì)成在幾乎所有的風(fēng)況下都運(yùn)行在相應(yīng)風(fēng)速下效率曲線的最高點(diǎn)，試驗(yàn)表明，在平均風(fēng)速 m/s 時(shí)，變速風(fēng)電機(jī)要比恒速風(fēng)電機(jī) 多捕獲 15%的風(fēng)能。無齒輪箱直驅(qū)式、變槳、變速恒頻風(fēng)電機(jī)將是今后風(fēng)電機(jī)的發(fā)展趨勢和方向。 根據(jù)丹麥 BTM 咨詢公司對世界風(fēng)電開發(fā)市場調(diào)查最新報(bào)導(dǎo)，世界風(fēng)電裝機(jī)容量在未來的五年內(nèi)將以平均每年 21%的速度增長。 20xx 年世界風(fēng)電裝機(jī)容量已達(dá) 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組開發(fā)研制及國產(chǎn)化項(xiàng)目可行性研究報(bào) 告 7 到 32039MW（包括海洋）。到 20xx 年世界總裝機(jī)容量將達(dá)到 83317MW。并且在未來 10 年內(nèi)將有 177000MW 容量的風(fēng)力機(jī)投入運(yùn)行。 目前，國際市場風(fēng)電正處在快速增長之中，每年以 30%的速度增長。歐洲風(fēng)能協(xié)會和丹麥能源與發(fā)展論壇發(fā)表了一份研究報(bào)告認(rèn)為：在 20 年內(nèi)，風(fēng)力發(fā)電量可滿足世界電力需要的 10%。 附國外代表產(chǎn)品、技術(shù)和公司及 20xx 年底世界各地總裝機(jī)容量。 詳見表 2表 22。 表 21 國外主要風(fēng)力發(fā)電機(jī)制造廠商的產(chǎn)品型號及技術(shù)規(guī)格 廠 商 Bonus Dewind Enercon NEGMicon Enercon 所在國 丹麥 德國 德國 丹麥 德國 風(fēng)機(jī)型號 － 250/60 E58 額定功率 1300/260KW 1000KW 1500KW 1000/250KW 1000KW 輪轂 高度 68/80/90 機(jī)艙質(zhì)量 (t) 50 43 82 切入風(fēng)速 (m/s) 3 3 額定風(fēng)速 (m/s) 14～ 15 13 13 13 切出風(fēng)速 (m/s) 25 23 無 20 無 風(fēng)輪直徑 (m/s) 62 62 66 60 58 風(fēng)輪轉(zhuǎn)速 (r/min) 19/13 ～ 8～ 22 12/18 10～ 24 轉(zhuǎn)速控制、 電 網(wǎng) 控 制 變 極 變 漿、主 動 順 漿 變速 電 網(wǎng) 控 制 變 級 變速 過速控制 聯(lián)合失速 變漿 變漿 失速 變漿 發(fā)電機(jī)類型 異步電機(jī) 雙 饋 異 步 電 機(jī) 同步電機(jī) 異 步 機(jī)變 極 水 冷 同步電機(jī) 并網(wǎng)設(shè)備 晶閘變 IGBT 逆變器 逆變器 晶閘變 逆變器 齒輪箱傳動比 1： 79 1： 無齒輪箱 1： 83， 256 無齒箱 主剎車系統(tǒng) 半變漿距 雙變漿系統(tǒng) 葉片順漿 葉尖剎車 葉片順漿 續(xù)表 21 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組開發(fā)研制及國產(chǎn)化項(xiàng)目可行性研究報(bào) 告 8 廠商 Vestas Vestas Vestas NEGMicon Nordex 所在國 丹麥 丹麥 丹麥 丹麥 德國 風(fēng)電機(jī)型號 V52850kW NM20xx/72 N62/ 額定功率 850kW 20xx/500KW 輪轂高度 44/49/55/60/65 60/67/78 60/67/78/100 68/80 60/65/69/85/120 機(jī)艙質(zhì)量 (t) 22 57 76 48 切入風(fēng) 速 (m/s) 4 4 4 4 3 額定風(fēng) 速 (m/s) 16 16 15 14 15 切出風(fēng) 速 (m/s) 25 25 25 25 25 風(fēng) 輪直徑 (m/s) 52 66 80 72 60/62 風(fēng) 輪 轉(zhuǎn)速 (r/min) 14～ ～ 9～ 19 18/12 19/12 轉(zhuǎn)速控制、 變漿 +變速 變漿 +變速 變漿 +變速 電網(wǎng)控制變極 電網(wǎng)控制、變極 過速控制 變 漿 + 最 佳 轉(zhuǎn) 速 變 漿 + 最 佳 轉(zhuǎn) 速 變 漿 + 最 佳 轉(zhuǎn) 速 主動失速 失速 發(fā)電機(jī)類型 異 步 電 機(jī) + 最 佳 轉(zhuǎn) 速 異 步 電 機(jī) + 最 佳 轉(zhuǎn) 速 異 步 電 機(jī) + 最 佳 轉(zhuǎn) 速 異 步 機(jī) 變 極 、 水 冷 異 步 機(jī) 變 極 、 水 冷 并網(wǎng)設(shè)備 V e s t a s 轉(zhuǎn) 換 系 統(tǒng) V e s t a s 轉(zhuǎn)