海上风机发展趋势分析

海上风机发展趋势分析

1 海上风电机组的发展历程

在90 年代，Bonus 的450kW 和Vestas 的500kW、550kW、600kW 风电机组曾经在早期的近海风电场应用，2000 年以后就没有安装过2MW 以下的海上风电机组。

2001 年以后，Vestas 公司的 2MW 和 3MW 双馈式海上风电机组在欧洲海上风电场大批量应用，是经受住考验的成熟机型。Vestas 公司的海上风电机组装机容量约占全球海上风电机组的35%左右；同样，西门子公司的和（高速齿轮箱+异步感应式发电机+全功率变流器）海上风电机组也连续十一年在海上风电场大批量应用，是经受住考验的成熟机型，也是目前海上风电场的主流机型。西门子公司的海上风电机组装机容量约占全球海上风电机组的50%以上。

2008 年以后，德国 Repower 公司研制的 5MW 双馈式异步风电机组已经成功应用于海上风电场，是传统双馈式风电机组大型化的典范。目前在爱尔兰、比利时和德国海上风电场安装运行。该机组风轮直径126 米，轮毂高度120 米，额定功率5MW,已经安装使用39 台。在其基础上扩容的REpower

6M 也已经安装了3 台。

近年来，德国 BARD 公司推出了 5MW 海上风电机组，风轮直径 122 米，机舱部分重达 425 吨，叶片长度为 60 米，吨。由德国 Areodyn 公司设计，属于双馈式风电机组大型化的又一个范例。轮毂重量(包括轴承座和其他附加设备) 70 吨。机舱 (包括发电机，但不包括叶片和轮毂) 280 吨。

德国 BARD 公司 5MW 海上风电机组已经在海上风电场安装 18 台，共 90MW；法-德合资的Areva Multibrid 半直驱型5MW 风电机组也已在海上风电场投入运行，安装数量超过10 台。该机组额定功率: 5 MW；风轮直径:116 m。机组采用集成化设计：将风力机的主轴、齿轮箱、高速轴和发电机集成在一起，以减少重量，从而降低成本。传动链为：风轮+单级齿轮箱（1：+多级永磁发电机。系统采用折中方案，兼顾了双馈式风电机组和直驱式风电机组的优点，折中考虑了性能与价格的关系。

此外，2003 年GE wind 公司的 MW 双馈式海上风电机组也已在海上风电场投入运行，安装数量7 台；芬兰Winwind 公司生产的3 MW 半直驱海上风电机组也于2009 年在海上风电场投入运行，安装数量10 台。但是后来这两个产品都没有继续进入海上风电场，说明它们的性能还不能适应海上风电场的恶劣环境。

2010 年以后，中国华锐公司生产的3 MW 半直驱海上风电机组也已在海上风电场投入运行，目前

在海上风电场的安装数量超过50 台。

2011 年，中国上海电气风能公司生产的 MW 海上风电机组也有一台在海上风电场投入运行，效果良好。

表1、各国海上风电机组在市场中的累计装机容量及所占比例

表2、各种2MW 以上海上风电机组在市场中的比例

从表2 看出：西门子、Vestas 和Repower 三家公司的产品占2011 年底全球累计海上风电市场份

额的%;占2011 年全球新增海上风电市场份额的81%。Repower5MW 占2011 年全球新增海上风电市场份额的%,仅次于西门子（%）。表明目前5MW 以上大功率海上风电机组有明显增长的趋势。

2 欧美重点企业新研制海上大功率风电机组的技术特点；

丹麦Vestas 公司的海上风电机组；

面向未来，该公司正在研制Vestas 7MW 半直驱新型海上风电机组。该机组采用了一个中速齿轮箱、永磁发动机和全功率变流器。随着 Vestas 引进设计选择将推动业主的海上风电收益率到一个新的水平。该机组能量捕获的最大化，不仅是因为有164 米直径的巨大风轮，还因为优化了风轮与发电机的比例。由于采用较少数量的大型风力机而减少了运行和管理的成本。减少了投资风险的规模，因为较少数量的风力机也意味着较少的基础和电缆。由于Vestas 的结构设计寿命是25 年，产业标准突出，因而使投资商的投资回报实现最大化。这会给业主一个更长的发电期限，并增加业主的商业效益。设计理念是：可靠性高、可预测、保障寿命期性能。尽可能减少维修次数，需要维修时，要做到安全、快捷和低成本。

德国西门子公司的海上风电机组；

作为世界海上风电领域的领军者，西门子 2010 年在上海建立了风机叶片制造基地，2011 年赢得中国首个海上风电订单，同年 10 月，西门子风力发电集团亚太区总部落户上海。西门子将为中国带来先进的风电机组技术、国际化项目管理以及海上风电领域的运行经验。

面向未来，该公司正在研制直驱式新型海上风电机组。该机组风轮直径 154 米，风轮轴后倾6º。机组额定功率为6MW,风轮直接驱动永磁发电机，结构紧凑，塔架上部重量为仅360 吨。该机组主要特点如下：

1) 量子（力学）叶片独特的设计和制造程序，采用一体化叶片，为获得最大的强度，实行一体化

浇注。为中高速风况优化气动特性，为更高的输出能量而增长了叶片长度。为使根部泄漏最小化并增

加升力而设计了叶片根部

2）直驱发电机永磁设计。全封闭、容易接近、轻重量设计；在可靠性和效率之间优化设计。与带齿轮箱的风

电机组比，整机零件数量减少50%

3）机舱坚固轻重量结构。进行了宽敞、人体工程学设计，并具有最大的服务能

力。

4）冷却系统设计了简单、坚固流畅连接的水冷系统；顶部安装的被动冷却散热器，高效的两级冷却保证良

好的效果。

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西班牙Gamesa 公司的G128 型海上风电机组;

西班牙Gamesa 公司研制出风轮直径128 米、轮毂高度120 米的

G128 型高速传动永磁风电机组，机头重量250 吨，属于半直驱永磁风电机组大型化的一个范例，该机组采用两段式（碳纤维）叶片；混合式塔筒（混凝土＋钢），减少投资；内置吊车，便于安装和拆卸部件；该机组采用一个两级传动的行星齿轮箱、永磁发电机和全功率变流器：该变流器由

6 个并联的770kW 变流器（IGBT）组成，提高了可靠性。该机组已有两台安装到现场。