风电机组技术现状及发展方向

风电机组技术现状及发展方向

沈郁文

东方电气风电有限公司 618000

摘要：风力发电是可再生能源发电的重要形式，也是我国目前重点发展的、具有全球竞争力的战略性新兴产业之一，而风能装备技术的发展则是我国实现可再生能源高比例应用和产业持续健康发展的重要依托。

关键词：风力发电；风电机组；技术开发

1风电机组技术的发展现状

1.1大型风电机组的开发

我国已有少量海上风电场投入运行，由于缺少海上风电场示范经验，尚未完全掌握风电机组的设计开发与整个海上风电工程设计的协调性，导致占海上风电投资成本较大比例的基础、线路和变电站设计成本难以降低，加之机组的可靠性仍未得到充分验证，海上风电的投资回报存在较大的不确定性。因而，需要通过对风电机组控制策略、叶片、塔架、并网特性的深度定制和研究，实现风电机组与海上风电工程设计的整体优化，避免各部件单独设计导致过剩及浪费，有效降低海上风电度电成本。

1.2零部件配套

在风电机组零部件配套方面，我国风电产业已经形成包括叶片、塔筒、齿轮箱、发电机、变桨和偏航系统、轮毂、变流器等在内的零部件生产体系。上述主要零部件的产量均已居全球第一位，除配套国产整机厂商外，部分零部件也对国外厂商有少量配套。但是，在高性能轴承、油脂、传感器、控制器等方面，国产零部件尚不能实现对进口零部件的完全替代。

总体来看，我国风电整机和零部件配套行业不同程度地存在着大而不强、泛而不精的现象，在基础材料和工艺技术方面的研究比较欠缺，在长期可靠性、产品一致性方面与部分进口产品尚存在差距。多数零部件厂商在考虑设计开发和工程应用时多着眼于自身，在系统性认识和产业链深度合作方面仍需要进一步加强。

1.3风电试验平台

我国目前仅有部分风电企业建设有自己的动力试验平台，但是测试功能相对单一，不具备公共性和独立性，各厂商大多根据自身的经验、认识和产品开发的侧重点来开展研究性试验，开放交流显著不足。2010年，我国在张北建立了国家风电技术检测与研究中心，借助公共试验场开展了一系列风电设备的现场运行性能和电网适应性测试，为我国提高产业技术能力和加快规模化发展提供了有效助力。

2数字化风电技术发展现状

2.1风电智能监控

我国风电场监控系统主要存在协议不开放，不同的厂商在协议信息中描述不统一，无法实现互联互通和扩展等问题。这些系统使用的通信协议结构各异，信息描述不统一，难以实现互联互通和扩展,即便是同一制造商生产的风电机组，由于电力电子技术、控制技术、单机容量和软件版本的不同，它们拥有的控制方式也可能不同，且需要不同的运行参数和调控指令，这给风电场统一调度控制与生产管理制造了很大障碍。

为了实现风电场中互联性、互操作性和可扩展性，国际电工委员会（IEC）起草制定了IEC61400-25标准。该标准定义用于搭建风电场监控系统平台的通信原理和信息交换模型等方面，是电力系统自动化通信协议IEC61850标准在风力发电领域内的延展。我国也对IEC61400-25标准进行了国家标准的转化与执行，基本实现了风电场的监控运行管理。

2.2风电智能运维

我国风电设备多运行于自然条件艰苦、可到达性较差的环境，对智能运维的需求尤为迫切，力求在考虑设备可靠性、维修性、经济性等影响因素的情况下，实现定检、维修、维护的合理安排，以达到减少值守人员数量、缩短备件供应时间和提高运行可靠性的目的。

我国陆上风电场智能化运维水平在精细化与信息化方面与国际上存在较大差距。海上风电场在运维管理的限制性条件、服务装备、安全要求等方面和陆上风电场存在显著差异，欧洲厂商根据多年经验，形成了海上风电场运维管理的系统性方法，而我国目前海上风电场的运维手段和理念主要借鉴陆上风电场的经验，尚未形成真正适用于海上风电场的运维管理体系。

2.3风电机组故障智能诊断和预警

我国目前已经面临大批风电机组陆续过保的现状，风电机组可利用率下降、传动系统和叶片等零部件的性能下降和故障造成的停机现象较为严重。国内一些科研机构和整机厂家逐渐开始重视风电机组健康状态诊断技术，并借鉴国外先进经验开展了初步研究，也已开发出一些状态监测产品批量应用到风电场。

随着大数据技术的发展，各整机厂商纷纷建立大数据中心并开展了风电机组状态监控及故障预警的研究，但国内风电机组故障诊断技术从整体来看，产品分析和诊断功能都较为薄弱，主要问题在于对于整机和零部件的运行机理与失效模式认识尚不够深入，当前以趋势判断和定性分析为主，缺乏定量分析，还不具备整套评估体系及对故障进行准确判断与预警的方法。

3电网友好型技术发展现状

随着风电比例的不断上升，出于电网稳定运行考虑，我国对风电机组的并网性能也不断提出新的要求，包括低电压穿越、高电压穿越、惯量响应和一次调频等。目前，低电压穿越已成为我国风电设备入网的强制性要求，对高电压穿越、惯量响应和一次调频能力的要求正在深入论证中，但还没有提出明确的技术指标及测试方法。各个国家都根据自身电力系统的情况，提出有针对性的风电设备入网标准，部分国家的入网标准中对风电的高、低电压穿越和一次调频性能要求已经非常明确。

由于我国近年来风电规模增长迅猛，并且在风电大规模并网、传输和运行方面获得了相当多的实际经验和成果，IEC组织将新成立的TC8SC8A“大容量可再生能源接入电网”工作组和TC8SC8B“分布式能源电力系统”工作组的秘书处设立于中国，我国技术专家能够更多地参加到国际标准的制订工作中，开展更为广泛的技术交流，极大地提高了我国风电机组产业在电网接入技术领域的话语权。

4风电新概念技术发展现状

高温超导电机是一项应用新材料、新方法、新工艺的多学科高新技术，技术难度大，而且国内高温超导电机的研究起步较晚、研究经费少，研究的深度和广度还不够，基础研究、技术水平与技术手段与美国和德国相比还存在明显差距。风能在近地高度范围内，由于地面粗糙度而具有切变特性，即高度越高则平均风速越大，因而对高空风能资源的利用在多年前就得到了国内外学者的关注。我国高空风电目前仍处于探索阶段，有少量小功率机组投入试运行，但尚未有商业案例。

5技术发展方向

在风电发展方面，我国将继续落实陆上大型基地建设、陆上分散式并网开发和海上风电基地建设,并结合我国制造业转型升级的国家战略，积极推动整机设备和零部件出口。风电机组出于充分利用风能资源和降低度电成本的目的，不断向大型化、智能化、数字化的方向发展，而具体技术突破则更多地借助信息化、集群化以及多学科的交叉融合。

中国风电机组技术下一步的发展方向将立足于我国风电开发的需求和特点，积极参与国际市场竞争，不断提升大型先进风电机组的理论研究水平，完善风电设备供应链，使创新设计与智能制造实现有机结合，确保风电机组的质量和可靠性，发掘和巩固核心竞争力，减少同质化竞争。风电设备制造企业也必将成为技术创新领域的主体，以科技推动产业进步、以科技带动风电产业化发展。

结语：

由于风电机组技术的进步，可利用的风能资源储量不断扩大，只要对当前的资源条件进行精耕细作的开发，完全能满足当前制订的 2030 年非化石能源指标，而欧美各国的先进经验也为我国实现高比例、高渗透的可再生能源发展目标提供了很好的借鉴。

参考文献：

[2]姚兴佳,刘颖明,宋筱文.我国风能技术进展及趋势[J].太阳能,2016(10):19–30.

[3]郑军.高温超导电机技术研究现状与应用前景简析[J].新材料产业,2017(8):60–65.