5mw风力发电机组开发研制及国产化项目可行性论证报告

1.5MW风力发电机组开发研制及国产化项目可行性研究报告

1.5MW风力发电机组开发研制及国产化项目

可行性研究报告

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第一章 项目的背景和意义

1. 项目的背景

随着人类社会进入21世纪和经济的飞速发展，世界各国都面临着人口、能源、环境的重大压力。一个人口迅速膨胀的人类社会，正以自人类产生以来从未有过的空前速度，大量消耗着地球上亿万年前形成的极为有限的化石资源。据2001年联合国统计，目前世界上已探明的石油资源，只够人类使用44年；天然气也仅够使用62年左右；煤炭可以使用230年。一切有远见的人们都开始考虑如何不以牺牲后代生存环境、经济资源为代价来发展我们的社会，也即可持续发展的战略问题。

中国政府也向全世界庄严地承诺21世纪走可持续发展的道路，并研究、制定和开始执行21世纪可持续发展的战略。在能源领域，开发利用新的可再生的清洁能源（即新能源，主要有风能、太阳能、生物能、海洋能、地热能等）就是该战略其中之一。

风能取之不尽，用之不竭，而且风电无污染。自20世纪70年代世界石油危机以来，风力发电开始逐步发展起来，尤其到20世纪90年代，由于科技的进步，风力发电从新能源中脱颖而出，成为最具工业开发规模的一种新能源。值得注意的是，近年来全球正日益关注防止地球变暖的问题，风力发电减排CO2温室气体的作用日益为人们所重视，欧美等发达国家均作出相应的减排承诺，使开发风电正方兴未艾地在世界各地迅速崛起，风电正迎来了其从未有过的大发展时期。 2. 项目的意义

2.1风力发电对调整能源结构的意义

我国虽然拥有比较丰富而多样的能源资源，但人均占有量很低，远低于世界人均数。而且地区分布极不平衡。这给能源开发、输送和工业布局带来一系列问题。

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我国煤炭资源较丰富，资源总量为5.53万亿吨，保有储量为1万亿吨左右，正在建设和开采的保有储量为2511亿吨。由于经济和历史的原因，这也使我国成为目前世界上极少数几个能源消费以煤炭为主（目前占75%左右）的国家之一，并在相当长的时期内还不可能得到根本改变。然而，煤炭是重要的化工原料，大量煤炭直接燃烧，仅利用了其中的热能，既浪费了不可再生的资源，又带来了污染环境的问题，也降低了资源利用的经济效益。

2.2.开发具有自主知识产权的风力发电机组势在必行，通过风电设备国产化、本地化带动区域经济的发展

中国风力发电增长也十分迅猛，90年代全国风电装机不足1万KW，2005年中国除台湾省外新增风电机组588台，累计风电机组1854台，新增装机容量49.8万kW，累计装机容量126万kW，新增17个风电场，共有个59个风电场。与2004年当年新增装机19.8万kW相比，2005年当年新增装机增长率为252%。与2004年累计装机76.4万kW相比，2005年累计装机增长率为65.2%。

我国风电发展经历了20多年，风电场选用的设备大部分是国外进口产品。由于国外设备价格和维护维修成本都较高，使风电电价居高不下。目前，国际上风电技术越来越成熟，从西起新疆，东至福建、浙江、江苏、山东沿海各省，北起黑龙江，南至广东、海南，不仅平均风速好，而且风的质量很好，宜建大型风电场。但是，国产的风力机的装备水平，跟不上形势的发展步伐，85%的风力机需进口。因此，我国风电要快速发展，首先要加快风电机组国产化、规模化步伐，它是当前我国风电健康、快速发展的关键。

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首先，国产化的风电机组能满足不同市场的需求。一般欧洲国家风电机组供应厂商提供的产品都是按IEC标准、II级风况、-20～＋40℃温度范围设计。我国幅员辽阔，南北气候差异较大，欧洲等国外生产的机组不一定能完全适合我国的气候条件。而国内厂商则可以根据不同气候、风况条件，研制出适合不同地区风电场用户要求的机组。如：考虑北方地区要求，研制能耐-30℃及其以下气温要求的低温型机组；考虑沿海地区要求，研制具备三防措施(防盐雾、防湿热、防霉菌)的沿海高温型机组；考虑我国三北地区有些地方年平均风速在10米高度下只有5.5米～6.0米／秒，国产机组可以在风轮直径及叶片设计上采取措施，提高其发电量。根据市场调查，国外进口风电机组对我国一些特殊气候条件很难适应，造成较高故障率。

发展风力发电可以建立新兴的制造产业，大型风力发电机组科技含量高，能够促进专业部件生产企业技术升级，带动相关产业的发展，促进当地经济发展，参与国际市场竞争。我省机械配套、电器配套、机械加工能力比较强，通过开发大型风力发电机组可以带动这些产业的发展。如：杭州齿轮箱厂我们可以联合开发MW级风力发电机组齿轮箱和偏航减速器，温州地区的瑞安塔架厂我们可以联合开发风力发电机大型塔架，温州地区乐清玻璃钢厂我们可以联合开发风力发电机组的机仓罩和叶片（已经合作开发了750KW风力发电机组的机仓罩）。还有一些配套部件浙江省乃至温州地区地区部分企业均能生产，如：机组底板、轮毂、连轴器等。1.5MW风力发电机组年产量按500台计算，以上配套厂家可实现产值23亿人民币, 实现销售税金3.3亿人民币。开发具有自己知识产权的大型风力发电机组，对促进国民经济的发展、发展民族工业、提高国产风力发电机组装备

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水平和能力、调整能源结构、节约能源、保护环境与生态平衡，具有重要的意义和作用。

另外，国产化或本地化风电机组有运输的优势。20年来，我国风电机组单机容量增长很快，“七五”期间国产机组平均单机容量为100千瓦级，“八五”期间为200千瓦级，“九五”期间为600千瓦级，“十五”期间为750千瓦。但现在世界上风电机组主导机型为1.5～2兆瓦级，风电机组单机容量向兆瓦级发展已是必然趋势。这要求风电机组风轮叶片长度大于30米，机舱重大于50吨，塔架高度和重量都有较大增加。这给长途运输带来很多不便，其费用在机组造价中所占的比重越来越大。对跨国界长距离运输来说，不仅运输时间长，而且风险很大。一般来说，进口设备运输到中国港口需要30～40天；国际运输费用大约占整机费用的5%～10%。

第二章 国内外研究现状和发展趋势

2.1. 国外风电机组和风力发电发展状况及趋势

风电将是21世纪内发展最快的一种可再生新能源。到90年代主要是为保护地球环境，减排温室气体CO2，减少日益枯竭的化石燃料的消耗；到2010年左右，由于风电技术的进一步提高，风电将更有竞争性，其清洁和安全性更符合绿色社会的可持续发展的要求。世界各国政府都通过立法或给予不同的优惠政策，以激励、扶持和推进发展风电。

大型风力发电机组研制属新能源领域，涉及空气动力学、高分子材料、输配电系统、计算机自动控制、电力电子技术以及机械制造、液压控制等学科，是国际上近二十年才得到蓬勃发展的新兴边缘学科之一。目前，世界上仅有少数发达

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1.5MW风力发电机组开发研制及国产化项目可行性研究报告 国家掌握大型风力发电组制造技术。

在风力机制造方面技术先进、装备能力强的国家，主要有丹麦、德国、西班牙、美国、荷兰等国家。随电力电子技术的发展，新型发电机的开发以及新材料的应用，风力发电机的发展趋势主要体现在单机容量不断增大。1996年时主流风电机的功率为600KW左右，目前已上升到兆瓦级的机组。欧洲上述几个国家新装单机容量已达1200KW左右，2兆瓦级以上风电机组已在成批生产。5MW级的机组已在试验生产了。其中必然要采用一些新的复合材料和新的技术。

例如：单机容量不断增大、叶片长度也不断增长，2MW风力机风轮直径达80m。目前最长的桨叶已经做到50m。

在中、大型风电机的设计中，采用更高的塔架，以捕获更多的风能。在地处平坦的地带的风力机，在50 m高捕捉的风能要比在30 m高处多20%。5MW海上风力机，塔高100 m风轮直径达100 m，真是令人惊叹。

随着电力电子技术的发展，近几年来变桨、变速、恒频风力发电机受到青睐和开发应用。特别是一种采用双反馈发电机技术的变速风力机，纷纷被用于一些较大容量的风力机上。其叶轮的转速随风速而改变，通过大功率电力电子变换器，用转速与电网频率之差的信号改变转子电流频率，使发电机的交流电输出与电网保持同频率。由于它被设计成在几乎所有的风况下都运行在相应风速下效率曲线的最高点，试验表明，在平均风速6.7 m/s时，变速风电机要比恒速风电机多捕获15%的风能。无齿轮箱直驱式、变桨、变速恒频风电机将是今后风电机的发展趋势和方向。

根据丹麦BTM咨询公司对世界风电开发市场调查最新报导，世界风电装机容量在未来的五年内将以平均每年21%的速度增长。2002年世界风电装机容量已达

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到32039MW（包括海洋）。到2007年世界总装机容量将达到83317MW。并且在未来10年内将有177000MW容量的风力机投入运行。

目前，国际市场风电正处在快速增长之中，每年以30%的速度增长。欧洲风能协会和丹麦能源与发展论坛发表了一份研究报告认为：在20年内，风力发电量可满足世界电力需要的10%。

附国外代表产品、技术和公司及2005年底世界各地总装机容量。 详见表2-1、表2-2。

表2-1 国外主要风力发电机制造厂商的产品型号及技术规格

厂 商 所在国 风机型号 额定功率 轮毂高度 机舱质量(t) 切入风速(m/s) 额定风速(m/s) 切出风速(m/s) 风轮直径(m/s) 风轮转速(r/min) 转速控制、 过速控制 发电机类型 并网设备 齿轮箱传动比 主刹车系统 续表2-1

Bonus 丹麦 1.3MW/62 1300/260KW 68/80/90 50 3 14～15 25 62 19/13 联合失速 晶闸变 1：79 半变浆距 Dewind 德国 D6 1000KW 68.5/91.5 43 2.5 11.5 23 62 13.7～22.5 变浆 IGBT逆变器 1：53.5 Enercon 德国 NEGMicon 丹麦 Enercon 德国 E58 70 82 2.5 13 无 58 10～24 变速 变浆 逆变器 E66/15.66 NM1000－250/60 67/85/98 97.4 2.5 13 无 66 8～22 变浆 逆变器 70/80 33.5 3 13 20 60 12/18 失速 晶闸变 1500KW 1000/250KW 1000KW 电 网 控 制 变 极 变 浆、主 动 顺 浆 变速 电 网 控 制 变 级 异步电机 双 馈 异 步 电 机 同步电机 异 步 机变 极 水 冷 同步电机 无齿轮箱 1：83，256 无齿箱 双变浆系统 叶片顺浆 叶尖刹车 叶片顺浆

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厂商 所在国 风电机型号 额定功率 轮毂高度 机舱质量(t) 切入风 速(m/s) 额定风 速(m/s) 切出风 速(m/s) 风 轮直径(m/s) 风 轮 转速(r/min) 转速控制、 Vestas 丹麦 V52-850kW 850kW 22 4 16 25 52 14～31.4 变浆+变速 异 步 电 机 + 最 佳 转 速 Vestas 丹麦 V66-1.75MW 1.75MW 57 4 16 25 66 10.5～24.4 变浆+变速 异 步 电 机 + 最 佳 转 速 V e s t a s 转 换 Vestas 丹麦 V80-2.0MW 2.0MW 60/67/78/100 61.2 4 15 25 80 9～19 NEGMicon 丹麦 NM2000/72 68/80 76 4 14 25 72 18/12 Nordex 德国 N62/1.3MW 60/65/69/85/120 48 3 15 25 60/62 19/12 失速 水 冷 2000/500KW 1.3MW/260KW 44/49/55/60/65 60/67/78 变浆+变速 电网控制变极 电网控制、变极 异 步 电 机 + 异 步 机 变 极 、 异 步 机 变 极 、 最 佳 转 速 V e s t a s 转 换 水 冷 过速控制 变 浆 + 最 佳 转 速 变 浆 + 最 佳 转 速 变 浆 + 最 佳 转 速 主动失速 发电机类型 并网设备 V e s t a s 转 换 系 统 齿轮箱传动比 主刹车系统 1:57.7 叶片顺浆 晶闸管 1:83.531 叶尖刹车 晶闸管 1:79 叶尖刹车 1:79 叶片顺浆

1:100.5 叶片顺浆 表2-2

世界风电装机容量地区及国家分布表（2005年） 单位： 兆瓦

国家或地区 2004年底 非洲和中东 埃及 摩洛哥 突尼斯 其他（1）* 总计 145 54 20 33 252 亚洲 印度 中国 日本 韩国

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新增 2005年底 85 10 0 2 97 230 64 20 35 349 3000 764 936 69 1430 498 295 29 4430 1260 1231 98 1.5MW风力发电机组开发研制及国产化项目可行性研究报告

国家或地区 中国台湾 菲律宾 其他（2）* 总计 2004年底 13 0 3 4785 欧洲 欧盟（3）* 欧洲自由贸易联盟（4）* 乌克兰 申请加入欧盟国家（5）* 其他（6）* 总计 34371 169 72 28 7 34647 拉丁美洲和加勒比海地区 哥斯达黎加 加勒比海地区 巴西 阿根廷 哥伦比亚 其他（7）* 总计 71 55 29 26 20 6 207 北美 美国 6725 2431 9149 0 0 0 1 0 5 6 71 55 29 27 20 11 213 6183 110 10 8 5 6316 40504 279 81 28 12 40904 新增 74 25 2 2352 2005年底 87 25 5 7135

*（1）佛得角，伊朗，以色列，约旦，尼日利亚，南非；（2）孟加拉国，印度尼西亚，斯里兰卡；（3）奥地利，比利时，塞浦路斯，捷克斯洛伐克，丹麦，爱沙尼亚，芬兰，法国，德国，希腊，匈牙利，爱尔兰，意大利，拉脱维亚，立陶宛，卢森堡，马耳他，荷兰，波兰，葡萄牙，斯洛伐克，斯洛文尼亚，西班牙，瑞典，英国；（4）冰岛，列支敦士登，挪威，瑞士；（5）保加利亚，克罗地亚，罗马尼亚，土耳其；（6）法罗群岛，俄罗斯；（7）智利，古巴，墨西哥。

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风电世界排名前十名国家在全球风电装机容量中所占比例

世界风电市场各风电机组制造商所占比例

2.2、国内风力发电发展状况及市场需求

2.2.1 原国家计委在”九五”、“乘风”计划中，风电机组国产化的部署招标选定国内总装厂，然后与国外风电机组制造商合资生产。中国西安航空发动机公司

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与德国Nordex Balcke－Durr公司合资，引进Nordex N43/600型风电机组制造技术；洛阳一拖与西班牙MADE公司合资组建了一拖美德风电设备公司，生产660KW风电机组；中国航空工业总公司下属万电公司引进澳地利技术开发研制了600KW风电机组；浙江省机电院将科技攻关成果—200KW风电机组技术转化为商品，2003年在200KW风电机组的基础上研制出250KW风电机组并造制12台在山东长岛并网发电。浙江省机电院和新疆金风公司与德国Jacobs公司合作,引进了S43/600、S48/750风力发电机组制造技术转化为商品，上述产品在国内处于先进水平，但与国际先进产品性能相比差距仍然很大。近二年国内风电市场迅猛发展，大连重工2004年底与德国Furlander签定1.5兆瓦风力发电机组生产许可 证合同，开始风力发电机组的开发研制，目前已完成8台样机生产。东方汽轮2004年底与德国REPower签定1.5兆瓦风力发电机组生产许可证合同,开始风力发电机组的开发研制，目前已完成7台样机生产。保定550厂2004年底与德国Furlander 签定1兆瓦风力发电机组生产许可证合同，开始风力发电机组的开发研制。

2.2.2 国内虽然使用风力机的历史比较长，但是真正进入商业化产业化运作时间较短。第一个风电场是1989年建在新疆达坂城开始投产运行的，当时装机容量仅2050千瓦，到2003年底全国已建成规模不等的风电场40个，分布在新疆、内蒙、广州、浙江、福建等15个省区，总装机容量约为56.7万KW。2005年中国除台湾省外累计风电机组1854台，装机容量126万kW。共有个59个风电场。分布在15个省（市、区、特别行政区）。与2004年累计装机76.4万kW相比，2005年累计装机增长率为65.2%。 （附表全国风电场装机概况表）

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我国陆地有可利用的风能资源2.53亿千瓦，截止到2005年底，风电装机容量仅126.6万千瓦，占可利用资源的5‰，占全国电力装机容量的0.7%，因此我国风能开发利用有很大的空间。2005年2月28日，第十届全国人大常委会第十四次会议通过了《中华人民共和国可再生能源法》，并于2006年1月1日起开始施行。《可再生能源法》的颁布和实施，坚定了整个社会发展可再生能源的信心和决心，从法律上保证了可再生能源的开发和利用，其实施必然推进我国能源建设，增加能源供应，改善能源结构，保障能源安全，保护环境，实现经济社会的可持续发展。

截止到2005年底，我国风电装机容量已达126.6万千瓦。根据国家发展改革委的长期产业规划，我国的风电装机容量规划目标是：到2010年，累积达到500万千瓦；到2015年，累积达到1000万千瓦；到2020年，累积达到3000万千瓦。

根据产业规划，到2020年，风电装机容量占全国电力总装机容量(按10亿千瓦计)的2%。若以单机容量为1.5兆瓦机组计算，规划需要的设备数是：自2006年到2010年，5年间每年要安装500多台1.5兆瓦机组；自2011年到2015年，5年间每年要安装666台1.5兆瓦机组；自2016年到2020年，5年间每年要安装1332台1.5兆瓦机组。由此可见，这个规划目标给风电设备制造厂家展示出一个巨大的市场。

2005年7月4日，国家发展改革委印发《关于风电建设管理有关要求的通知》，明确规定：风电设备国产化率要达到70%以上，不满足设备国产化率要求的风电场不允许建设，进口设备海关要照章纳税。这个通知和其他相关政策给风

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1.5MW风力发电机组开发研制及国产化项目可行性研究报告 电设备国产化发展提供了机遇，国产风电设备将有巨大的市场和良好的发展前景。

为适应我国风电产业的发展，我公司广泛地与高等院校和科研机构合作，研制开发大型风力发电机组，主要合作单位：沈工大、中科院、新疆金风公司等单位。研制开发了S43/600KW、S48/750KW风力发电机组及S43/600KW、S48/750KW风力发电机组控制系统。通过开发、吸收、消化、国产化率已达到95%，已实现市场商品化。

附表2.2.2-1 全国风电场装机概况

No. 名称 Name 场台数 WF WTG 24 88 2 23 6 27 12 13 94 73 36 38 24 5 48 28 12 6 12 12 场装机 WF kW 9850 53700 1200 34500 9000 6400 3600 4780 68500 51360 30600 22450 7400 3750 32660 21000 3000 3600 9600 10200 省台数 Prov. WTG 143 255 203 省装机 Prov. kW 108250 165240 127460 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 河北 Hebei Province 张北 Zhangbei 承德 Chengde 丰宁 Fengning 尚义满井 Shangyi Manjing 张北 满井 Zhangbei Manjing 内蒙 Inner Mongolia Autonomous Region 朱日和 Zhurihe 商都 Shangdu 锡林 Xilin 辉腾锡勒 Huitengxile 克旗 达里 Keqi Dali （赤峰 Chifeng） 克旗 赛罕坝 Keqi Saihanba 辽宁 Liaoning Province 东岗 Donggang 横山 Hengshan 锦州 Jinzhou 仙人岛 Xianrendao （营口 Yingkou） 海洋红 Haiyanghong （丹东 Dandong） 獐子岛 Zhangzidao（大连 Dalian） 小长山 Xiaochangshan（大连 Dalian） 法库 Faku 康平 Kangpeng

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21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 彰武 Zhangwu 大长山 Dachangshan（大连 Dalian） 吉林 Jilin Province 通榆 Tongyu 富裕 Fuyu 洮北 Taobei 洮南 Taonan 长岭 Changling 黑龙江 Heilongjiang Province 木兰 Mulan 富锦 Fujin 穆棱 十文字 Muling Shiwenzi 大箐山 Daqingshan 上海 Shanghai Municipality 奉贤 Fengxian 南汇 Nanhui 崇明 Chongming 浙江 Zhejiang Province 苍南 鹤顶山 Cangnan Hedingshan 括苍山 Kuocangshan 福建 Fujian Province 平潭 Pingtan 东山 Dongshan 南日 Nanri 六鳌 Liuao 山东 Shandong Province 长岛 Changdao 即墨 凤山 Jimo Fengshan 栖霞 Qixia 荣成 Rongcheng 广东 Guangdong Province 南澳 Nan’ao 惠来 海湾石 Huilai Haiwanshi 汕尾 红海湾 Shanwei Honghaiwan 惠来 石碑山 Huilai Shibeishan 深圳 大梅沙 Shenzhen Dameisha 海南 Hainan Province 东方 Dongfang 甘肃 Gansu Province 玉门 Yumen 宁夏 Ningxia Autonomous Region 贺兰 Helan 红碴子 Hongchazi 14

12 6 49 6 58 19 11 20 27 4 19 4 11 3 26 33 10 10 19 36 59 15 19 4 128 22 25 87 8 19 74 132 1 10200 3600 30060 4500 49300 16150 9350 12000 24300 4900 16150 3400 16500 4500 14350 19800 6000 6000 16150 30600 44750 16400 12200 6000 5639 13200 16500 52200 2000 8755 52200 112200 750 70 18 59 75 97 270 19 74 133 143 109360 57350 24400 34150 58750 79350 140290 8755 52200 112950

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54 55 56 57 58 59 新疆 Xinjiang Autonomous Region 达坂城一场 Dabancheng No.1 达坂城二场 Dabancheng No.2 布尔津 Buerjin 阿拉山口 Alataw Shankou 托里 Tuoli 香港 Hongkong 南丫岛 Lamma 69 197 7 2 20 1 35700 112800 1050 1200 30000 800 295 1 1854 180750 800 1260000 全国（除台湾省） Nationwide (exclude Taiwan province)

第三章 研究开发内容和技术关键

3.1 研究开发项目内容

根据国家发展改革委的长期产业规划，我国的风电装机容量规划目标:到 2020年风电装机容量达到3000万千瓦，以及国家发展和改革委员会发布公告,中国决定在2005年到2007年间,实施可再生能源和新能源高技术产业化专项,重点包括五大领域。其中,风力发电主要开展1.5兆瓦变速恒频风力发电机组和1.2兆瓦直接驱动永磁式风电机组。2005年5月,全国风电建设前期会议召开,国家发展和改革委员会能源局决定,在2010年建立起完备的风力发电工业体系,风电技术水平和装备能力达到国际水平。我公司已与德国艾罗迪（aerodyn）公司于2006年10月31日在杭州签暑了联合开发研制1.5兆瓦变速恒频风力发电机组合同书。（附件：公司与德国艾罗迪（aerodyn）公司联合开发研制1.5兆瓦风力发电机组开发合同）

变速恒频风力发电系统一般采用永磁同步电机或者双馈电机作为发电机，通过变桨距控制风轮使整个系统在很大的速度范围内按照最佳的效率运行，是目前

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1.5MW风力发电机组开发研制及国产化项目可行性研究报告 风力发电技术的发展方向。对于风机来说，其调速范围一般在同步速的50%～150％之间，如果采用普通鼠笼异步电机系统或者永磁同步电机系统，变频器的容量要求与所拖动的发电机容量相当，这是非常不经济的。双馈异步风力发电系统定子和电网直接相连接，转子和功率变换器相连接，通过变换器（变频器）的功率仅仅是转差功率，这是各种传动系统中效率比较高的，该结构适合于调速范围不宽的风力发电系统，尤其是大、中容量的风力发电系统。

近几年来，公司在开发研制、生产S43/600KW、S48/750KW风力发电机组的过程中，已锻炼、培养一大批科技技术人员，已具备开发研制兆瓦级风力发电机组的能力。我公司与德国艾罗迪（aerodyn）公司联合开发研制1.5兆瓦变速恒频风力发电机组。按照德国质量认证机构劳埃德有关风力机规范和DIN标准设计制造，通过开发、消化、吸收、国产比率达到90%以上，技术水平达到国际领先水平。

我公司开发研制的HY70/1500KW、HY77/1500KW风力发电机组采用水平轴、三叶片、上风向、变桨距变速调节，采用双反馈异步发电机组的总体设计方案也是当今世界上技术成熟、性能可靠的风力发电机组设计方案之一。 3.1.1 研究开发内容

开发研制1500kW变速恒频双馈异步风力发电机组，它包括绕线型双馈异步风力发电机，大容量交直交PWM型双向变流器，风力机系统控制器，变桨距控制系统，主传动齿轮箱优化设计，叶片优化设计及选型。

1） 额定电压：三相定转子电压690V，频率50Hz；

2） 双馈异步发电机：三相，定子Δ接/转子Y接，定子额定电压690V，

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额定功率1500kW，定子侧功率因数为1，转子额定电压690V，额定电流400A；

3） 大容量交-直-交双向变流器：三相输入/输出额定电压690V，输出额定电流400A，容量500Kw，网侧功率因数为1；

4） 变速恒频双馈异步风力发电机系统：变速范围1000-2000rpm，效率

95%，发电量额定值1500kW；基于双DSP的全数字化控制；标准通讯接口；具有故障检测和保护功能，可靠运行。

5） 风力机系统控制器：常规的状态监测，偏航控制，变桨控制，功率因数控制，自动软并网和软解列控制；自动最大功率点跟踪控制；随机风速下的电功率平滑控制；基于DSP的全数字化控制；标准通讯接口；具有过流、过压、过温等故障检测与保护功能和显示功能；符合工业现场运行要求。

（6） 风电机组防雷保护技术研究，避雷装置的设计符合IEC的规定，有内外避雷保护。

大型风力发电机技术设计涉及空气动力、机械、电力、电子、材料等各学科领域技术，我公司与德国艾罗迪（aerodyn）公司负责把握总体设计技术，并对零部件供应商提出零部件的规格型号、技术标准和技术要求。主要零部件有：双反馈异步发电机、齿轮箱、叶片、变频器、变桨距控制器、风力发电机组电控系统（该电控系统由本公司生产制造）、偏航轴承、主轴轴承、偏航减速器、偏航刹车制动器、高速闸制动器、偏航减速器、液压装置、润滑 系统、 减振器离合器等。

3.1.2 产品结构

﹡ 风机主轴、齿轮箱、机械刹车由求墨铸铁壳体连成一体，结构紧凑，发电机与齿轮箱之间采用万向联轴器及安全离合器连接。这样既可使装配简单又可在异

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1.5MW风力发电机组开发研制及国产化项目可行性研究报告 常情况下通过扭矩的限制保护整个放置系统。

﹡ 风机带有自动偏航系统，可根据风向标自动确定风力发电机的方向，当风向发生偏转时，控制系统根据风向标信号，通过减速的驱动机舱自动对准风向。偏航系统在工作时带有阻尼控制，并采用较优化偏航速度的设计，使机组偏航旋转更加平稳。

﹡ 风机的控制系统，采用了柔性刹车技术，在保证安全停机的前题下，制动过程平稳。

﹡ 双馈异步发电机设计带有一定的安全裕量的较宽的高效率范围，以防止瞬时冲击载荷在低风速轻载荷时依然能保持较高的效率。

﹡ 在机组设计中考虑到复杂气候条件下运行，齿轮箱采用加强型设计，以抵抗气动载荷的冲击。系统设置了齿轮润滑油加热装置，外接强迫油冷却装置、发电机加热除湿、散热系统等。

﹡ 风机的机舱结构设计采用了人性化的设计方案，非常方便运行人员检查维修， 并且还设计了电动提升装置，方便工具及备件的提升。

﹡ 电控系统由就地控制和远方遥控两部份组成，就地控制设计有软件并网装置， 其软并网装置可将电流限定在额定功率点达到0.99以上。远方控制带有全面的 信息系统的报表打印、数据分析等多项功能，可以实现远程监控。

﹡ 风力发电机 由计算机控制，数据自动采集处理、自动运行并可远程监控。安 全系统独立于控制系统，包括相互独立、失效保护的叶片顺浆空气制动刹车和两 组机械刹车。

﹡ 1.5MW风力机采用PLC控制模块、控制柜有七大控制系统、软并网控制、偏 航系统控制、制动与安全保护控制、运行状态参数监测控制、变桨控制、功率因

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1.5MW风力发电机组开发研制及国产化项目可行性研究报告 数控制、就地监控和远程监控。

﹡ 中央控制PC机作上位机，将多台下位机控制系统（中心控制器）进行组网， 通过专用的通信装置和接口电路与PC机进行通信，实时监测风电组的运行状态、 运行数据、累计数据存放、记录故障情况，统计打印报表，也可以进行偏航、复 位、启动、停机等操作。控制系统选用PLC、其主要优点：可靠性高、通用性好、 功能强、设计、施工和调试周期短，使用方便，体积小，重量轻，便于安装。编 程简单，编程器使用简便。

﹡ 机型适应于强烈阵风、湍流风，高温、低温等各种环境条件与沙漠、沿海地 区等，具有可靠性高，维修量低、容易保养等状态，达到国际先进水平。 3.2 主要的关键技术

大型风力发电机技术设计涉及空气动力、机械、电力、电子、材料等各学科领域技术主要的关键技术有：

（1）整机的载荷与总体设计，控制技术及关键部件的设计制造技术。

主要在于通过载荷计算优化设计，降低机组的重量，改进齿轮箱结构设

计提高其可靠性，风机叶片的空气动力学设计，优化控制策略提高机组的偏航性能，优化变桨距控制系统最大限度的捕捉风能提高发电量。

（2） 研制适用于1500kW双馈风力发电机系统的大容量交-直-交电压型（或电流型）双向变流器，实现此类产品国产机；研制基于定子磁场定向的矢量控制软件和PWM整流/逆变控制软件，适用1500kW以上级大型双馈风力发电机系统。 （3）研制实现双馈风力发电机系统的软并网/软解列、自动最大功率点跟踪控制、随机风速下的电功率平滑控制、状态监测和故障保护等系统控制策略，为机组的高效、可靠运行提供保证。软并网和软解列是目前风力发电系统的一个重

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要部分。一般的，当电网容量比发电机的容量大得多时候，可以不考虑发电机并网的冲击电流，鉴于目前并网运行的发电机组已经发展到兆瓦级水平，所以必须要限制发电机在并网和解列时候的冲击电流，做到对电网无冲击或者冲击最小。

并网型双馈风力发电机系统的定子绕组连接电网上，在运行过程中，各种原因引起的电网电压波动，跌落甚至短路故障会影响发电机的不间断运行。电网发生突然跌落时，发电机将产生较高的瞬时电磁转矩和电磁功率，可能造成发电机系统的机械损坏或热损坏，所以三相电网电压突然跌落时的系统持续运行控制策略的研究是目前研究开发的重点。

（4）风力机系统控制器：电控系统由就地控制和远方遥控两部份组成，就地控制设计有软件并网装置，其软并网装置可将电流限定在额定功率点达到0.99以上。远方控制带有全面的信息系统的报表打印、数据分析等多项功能，可以实现远程监控，就地控制和远方监控具有界面显示功能。常规的状态监测，偏航控制，变桨控制，功率因数控制，自动软并网和软解列控制；自动最大功率点跟踪控制；随机风速下的电功率平滑控制；基于DSP的全数字化控制；标准通讯接口；具有过流、过压、过温等故障检测与保护功能和显示功能；符合工业现场运行要求。

（5）风机叶片的空气动力学设计会对风机功率性能和发电量产生决定性的影响。因此，叶片的载荷计算、气动外形和结构设计（具体体现在叶片的形状、扭转和纵深设计上）、性能计算和气弹稳定性计算等。根据叶轮的各种运转状态采用各种不同的计算方法并设计出具有最佳使用性能的叶片。

（6）变桨距控制系统：变桨距控制系统主要调整风力发电设备上浆叶的角度，使风力发电机组在额定的功率和安全的风速下可靠的运行。整个系统包括伺服驱

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