風(fēng)電設(shè)備行業(yè)研究報(bào)告及相關(guān)公司分析(編輯修改稿)
2024-08-26 10:40 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 設(shè)。 二 、 風(fēng)電技術(shù)和設(shè)備 概述 風(fēng) 能發(fā)電技術(shù) 及簡(jiǎn)單原理 風(fēng)電設(shè)備行業(yè)報(bào)告及相關(guān)公司分析 5 風(fēng)能是一種干凈的、儲(chǔ)量豐富、可再生的能源。風(fēng)能發(fā)電的主要形式有三種：一是獨(dú)立運(yùn)行；二是風(fēng)力發(fā)電與其他發(fā)電方式 (如柴油機(jī)發(fā)電 )相結(jié)合；三是風(fēng)力并網(wǎng)發(fā)電。由于并網(wǎng)發(fā)電的單機(jī)容量大、發(fā)展?jié)摿Υ?，?目前所采用的 均 是 并網(wǎng)發(fā)電。 （ 1） 小型獨(dú)立風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng) 小型獨(dú)立風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)一般不并網(wǎng)發(fā)電，只能獨(dú)立使用，單臺(tái)裝機(jī)容量約為 100瓦－ 5千瓦，通常不超過(guò) 10千瓦。 于我國(guó) 90年代中期電網(wǎng)并網(wǎng)前使用， 它的構(gòu)成為：風(fēng)力發(fā)電機(jī)＋充電器＋數(shù)逆變器 （如圖 1所示） 。風(fēng)力發(fā)電機(jī) 一般 由機(jī)頭、轉(zhuǎn)體、尾翼、葉片組成。葉片用來(lái)接受風(fēng)力并通過(guò)機(jī)頭轉(zhuǎn)為電能；尾翼使葉片始終對(duì)著來(lái)風(fēng)的方向從而獲得最大的風(fēng)能；轉(zhuǎn)體能使機(jī)頭靈活地轉(zhuǎn)動(dòng)以實(shí)現(xiàn)尾翼調(diào)整方向的功能；機(jī)頭的轉(zhuǎn)子是永磁體，定子繞組切割磁力線產(chǎn)生電能。因風(fēng)量不穩(wěn)定，故小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出的是 13～ 25Ｖ變化的交流電，須經(jīng)充電器整流 （將交流電轉(zhuǎn)化成直流電） ，再對(duì)蓄電瓶充電，使風(fēng)力發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電能變成化學(xué)能。然后用有保護(hù)電路的逆變電源 （將直流電轉(zhuǎn)化成交流電） ，把電瓶里的化學(xué)能轉(zhuǎn)變成交流 220Ｖ電，才能保證穩(wěn)定使用。 圖 表 2 小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)機(jī)組解剖圖 圖 表 3 小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)機(jī)組 實(shí)物圖 （ 2） 并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng) 現(xiàn)代 使 用比較 普遍的 是 并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，相對(duì)于小型風(fēng)力 發(fā)電機(jī)的區(qū)別是沒(méi)有蓄電風(fēng)電設(shè)備行業(yè)報(bào)告及相關(guān)公司分析 6 池，而是通過(guò)逆變器直接將所產(chǎn)生的電并入電網(wǎng)。風(fēng)力發(fā)電技術(shù)根據(jù) 風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速是否可變分為“恒速恒頻”和“變速恒頻” 2種 （如圖表 4所示），其中 “恒速恒頻”技術(shù)中風(fēng)力機(jī)的葉輪轉(zhuǎn)速始終保持不變以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的頻率、電壓等電力要求，該技術(shù)只能在某一風(fēng)速下實(shí)現(xiàn)風(fēng)力機(jī)最大風(fēng)能利用；“變速恒頻”技術(shù)中風(fēng)力機(jī)的葉輪轉(zhuǎn)速可隨風(fēng) 速的變化而變動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)在各種風(fēng)速下風(fēng)力機(jī)都能獲得最大的風(fēng)能利用。由于恒速恒頻的發(fā)電效率低，平均利用率在40%左右，而變速恒頻的利用率在 80%左右，因此變速恒頻是目前的主要發(fā)展方向，目前比較實(shí) 用的“多級(jí)變速”發(fā)電技術(shù)，即 風(fēng)力機(jī)的葉輪能在幾個(gè)轉(zhuǎn)速點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，該技術(shù)把風(fēng)速分為幾個(gè)范圍，不同范圍的風(fēng)速對(duì)應(yīng)幾個(gè)葉輪轉(zhuǎn)速點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)在幾個(gè)風(fēng)速下風(fēng)力機(jī)獲得最大的風(fēng)能利用，并輸出頻率恒定的電能 。 圖表 4 主要風(fēng)力發(fā)電機(jī)特性比較 風(fēng)電設(shè)備行業(yè)報(bào)告及相關(guān)公司分析 7 風(fēng)電設(shè)備行業(yè)報(bào)告及相關(guān)公司分析 8 一部典型的風(fēng)力發(fā)電機(jī)多為水平軸式， 包括葉片、輪轂（與葉片合稱(chēng)葉輪）、機(jī)艙罩、齒輪箱、發(fā)電機(jī)、塔架、基座、控制系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)、偏航系統(tǒng)、液壓裝置等。其工作原理是：當(dāng)風(fēng)流過(guò)葉片時(shí)，由于空氣動(dòng)力的效應(yīng)帶動(dòng)葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)，葉輪透過(guò)主軸連結(jié)齒輪箱，經(jīng) 過(guò)齒輪箱（或增速機(jī)）加速后帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。目前也有廠商推出無(wú)齒輪箱式機(jī)組 （直驅(qū)式） ，具備低風(fēng)速時(shí)高效率、低噪音、高壽命、減小機(jī)組體積、降低運(yùn)行維護(hù)成本等諸多優(yōu)點(diǎn) ，但成本相對(duì)較高。 圖表 11 傳統(tǒng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)與直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)示意圖 圖表 12 直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組結(jié)構(gòu) 風(fēng)電技術(shù)發(fā)展趨勢(shì) 目前技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)是 單機(jī)容量不斷增大；變槳變速恒頻型風(fēng)電機(jī)取代恒速恒頻型風(fēng)電機(jī) ； 發(fā)電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式由直驅(qū)式和混合式取代雙饋式 ；海上風(fēng)電技術(shù)興起 。 風(fēng)電設(shè)備行業(yè)報(bào)告及相關(guān)公司分析 9 首先，風(fēng)電機(jī)組單機(jī)容量持續(xù)增大。安裝大容量機(jī)組能夠降低風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行維護(hù)成本，降低整個(gè)風(fēng)力發(fā)電成本，從而提高風(fēng)電的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。同時(shí)，隨著現(xiàn)代風(fēng)電技術(shù)的日趨成熟，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組技術(shù)朝著提高單機(jī)容量，減輕單位 kW重量，提高轉(zhuǎn)換效率的方向發(fā)展。例如，在上世紀(jì) 90年代， 600kW風(fēng)機(jī)占據(jù)風(fēng)機(jī)市場(chǎng)的主流。到 20xx年，新裝機(jī)的風(fēng)電場(chǎng)，基本上以MW級(jí)以上的風(fēng)機(jī)為主， 20xx年平均單機(jī)容量達(dá)到 1400kW， 20xx年增大到 1715kW，到 20xx年，MW級(jí)以上單機(jī)裝機(jī)容量約占當(dāng)年整個(gè)裝機(jī)容量的 75%。 20xx年 9月，在德國(guó)安裝了當(dāng)時(shí)世界上最大單機(jī)容量的風(fēng)電機(jī)組，這就是由德國(guó) Repower公司生產(chǎn)的 5MW風(fēng)電機(jī)組。預(yù)計(jì)到 20xx年，還將開(kāi)發(fā)出 10MW的風(fēng)電機(jī)組。 其次， 變槳變速恒頻型風(fēng)電機(jī)取代恒速恒頻型風(fēng)電機(jī) 。隨著風(fēng)電技術(shù)以 及電力電子技術(shù)的進(jìn)步，大多風(fēng)電機(jī)組開(kāi)發(fā)制造廠商開(kāi)始使用變速恒頻技術(shù)，并結(jié)合變槳距技術(shù)的應(yīng)用，開(kāi)發(fā)出了變槳變速風(fēng)電機(jī)組，并在市場(chǎng)上快速推廣和應(yīng)用。 20xx年和 20xx年，全球所安裝的風(fēng)電機(jī)組中，有 92%的風(fēng)電機(jī)組采用了變速恒頻技術(shù)，而且這個(gè)比例還在逐漸提高。 第 三 ， 發(fā)電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式由直驅(qū)式和混合式取代雙饋式 。無(wú)齒輪箱的直驅(qū)方式能有效減少由于齒輪箱問(wèn)題而造成的機(jī)組故障，可有效提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和壽命，可大大減少維護(hù)成本，受到了市場(chǎng)的推崇。德國(guó) 20xx年上半年安裝的風(fēng)電機(jī)組中，采用無(wú)齒輪箱系統(tǒng)的機(jī)組占了 %。 第 四 ，海上風(fēng)電興起。與陸地相比，海上風(fēng)能更豐富，風(fēng)速更高更平穩(wěn)，空氣密度也比較高，發(fā)電量比陸地高出 20％ 40％。隨著風(fēng)電的迅速發(fā)展，陸上風(fēng)力發(fā)電在一些人口密集、土地資源稀缺的地方出現(xiàn)了瓶頸。而近?？諝饷芏雀?，風(fēng)速平穩(wěn)，風(fēng)資源豐富且容易預(yù)測(cè)。因此，德國(guó)、丹麥、西班牙等風(fēng)力發(fā)電強(qiáng)國(guó)都在向海上發(fā)展。 風(fēng)電設(shè)備 及零部件 對(duì)一個(gè)風(fēng)電場(chǎng)來(lái)說(shuō)， 風(fēng)機(jī)機(jī)組占風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)成本的 70%（如圖 13所示） 。 目前一臺(tái)裝機(jī)容量 850千瓦的進(jìn)口變槳變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組售價(jià)約為 700900萬(wàn)元；國(guó)產(chǎn) 600千瓦風(fēng)機(jī)售價(jià)約為 300400萬(wàn)元左右，比進(jìn)口機(jī)組的千瓦造價(jià)便宜 2030%以上。據(jù)調(diào)查，我國(guó)國(guó)產(chǎn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)備的價(jià)格通常在 ／千瓦。 圖 13 風(fēng)電廠建設(shè)成本結(jié)構(gòu) 一臺(tái)風(fēng)電設(shè)備有 1819 個(gè)零部件，其中主要有 ：葉片、齒輪箱、發(fā)電機(jī)等。 在全部國(guó)產(chǎn)化的條件下，它們 占整機(jī)造價(jià)的比重分別約為： 2030%、 1417%、 57%。 此外還有 偏航系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、鋼塔或塔筒 (15%左右 )等（如圖 14 所示）， 受益于整機(jī)的需求旺盛，風(fēng)機(jī)零配件制造的發(fā)展?jié)摿薮蟆? 圖 14 風(fēng)電機(jī)組成本結(jié)構(gòu) 風(fēng)電設(shè)備行業(yè)報(bào)告及相關(guān)公司分析 10 中國(guó)在風(fēng)電機(jī)組關(guān)鍵零部件的配套方 面 已經(jīng)具備了一定的實(shí)力，如 葉片、發(fā)電機(jī)、齒輪箱等幾種關(guān)鍵部件，盡管?chē)?guó)內(nèi)企業(yè)做得相對(duì)好一些，能解決一些問(wèn)題，但也存在著不同程度的吃緊?？偟膩?lái)看， 緊缺部件的排序?yàn)椋狠S承、電機(jī)、葉片、齒輪箱、控制系統(tǒng)、變頻器等。其中，缺口最大的是軸承和控制系統(tǒng)。 三、全球風(fēng)電
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