机遇与挑战并存 国内风电变流器发展提速

添加时间：2013-04-23 11:16:47 来源：中国自动化

     4月7日，在南车戚墅堰机车车辆工艺研究所有限公司 （简称“中国南车戚墅堰所”）风电齿轮箱车间，随着2兆瓦风电齿轮箱被缓缓吊起，该公司生产的2兆瓦风电齿轮箱正式批量交付。
     2兆瓦风电齿轮箱是中国南车戚墅堰所积极响应市场需求、依靠自身技术实力，自主研发的一款新型风电齿轮箱。该款风电齿轮箱在研发期间就得到了各风电业主的青睐，并签订了订单。此次批量交付，标志着中国南车戚墅堰所已经具备了2兆瓦风电齿轮箱批量生产能力，在实现该款风电齿轮箱大批量生产的道路上迈出了关键一步。
     当前，我国风能开发主要集中在风资源丰富的高风速区，但由于风能开发受到并网限制导致“弃风”现象时有发生。占我国风能资源区68%的低风速资源区的开发刚刚兴起，面对国家 “十二五”规划中2000万千瓦低风速风电开发的份额，市场前景十分广阔。本次交付的风电齿轮箱，是中国南车戚墅堰所为整机厂家量身定制的一款产品，可广泛适用转速低、扭矩大的低风速风场。
     据悉，在该规格齿轮箱成功开发之后，另一规格的2兆瓦风电齿轮箱也在紧锣密鼓地开发、生产，预计5月初即可下线交付。

    机遇与挑战并存 国内风电变流器发展提速
     我国风电建设的大力发展，为风电设备制造业创造了一个持续规模化的市场空间。据预计，如按照我国现有的风电建设目标及其发展形势，以目前陆地风电场造价7000~9000元/千瓦，今后我国每年的风电设备市场营业额保守估计也将在250亿元以上。在如此利润的基础上，国内外众多工业自动化厂家自然也不会放过这块诱人的蛋糕。
      由于同众多工业自动化涉及的领域一样，风电领域的自动化关键技术甚至产品始终为国外企业所掌控，而国内工业自动化厂家也不愿将巨大利润拱手相让，技术追赶的脚步也越来越快。
      据了解，风力发电机组的技术发展很大程度上得益于变速恒频的应用，变速恒频已经成为目前兆瓦级以上风力发电机组的主流技术。所谓变速恒频，就是通过调速控制，使风力发电机组风轮转速能够跟随风速的变化，最大限度地提高风能的利用效率并有效降低载荷，同时风轮及其所驱动的电机转速变化时，保证输出的电能频率始终与电网一致。机组的调速控制可以通过机械或电气控制等不同的途径来实现，但是目前最为成熟，也是应用范围最为广泛和最具发展前景的技术是利用变流器的技术方案。变流技术的应用不仅有利于机组提高效率，同时对机组的并网和对电网的安全稳定运行起到了良好作用。
      变流器在风电整机成本中占15%~20%的比例，变流器在变速恒频型风电装置中应用的主流的技术方案目前主要有双馈型和直驱型两种，属于风力发电机组大型核心部件之一，其发展道路体现了国内自动化技术在风电领域的发展轨迹。
      近几年，中国风电领域的相关专家对于国外的变流器技术的相关文献进行了学习和研究，而且变流器的核心电力电子器件技术发展很迅速，加之目前国家大力提倡清洁能源开发和需求挂钩，使得风电前景一片看好。这样变流器生产企业如雨后春笋般成立起来，使得变流器的彻底国产化呼之欲出。
      由于风力发电整体技术起步比较晚，所以现今我国风电场应用的风电变流器市场主要被维斯塔斯、西门子、ABB等知名国外品牌占领，但是国家近几年出台了很多政策和举措支持民族品牌的发展，为国有工业自动化企业提供了大力的政治和经济支持。发改委在文件中明确提出，风力发电机组设备国产化率必须达到70%以上。
      政策和举措带动了近几年国内的变流器企业发展，哈尔滨九州电气股份有限公司、合肥阳光电源有限公司、北京清能华福风电技术有限公司、南车株洲等企业目前都在积极地进行变流器产品的研发工作。
但是当前国内企业涌起面之广，发展速度之迅猛是否表明这个行业并没有什么准入门槛呢？目前变流器在风电当中起的确实是变频器的作用，但是这并不意味着生产变频器的企业都能生产成熟的变流器。举例以变流器中与控制相关的技术来说，如果企业对风电没有一定的了解，变流器设计算法上没有考虑到风力发电的特点，是根本研发不出来产品的。目前国内变流器的设计人才很缺乏，因为变流器的运行工况比较复杂，其主电路、副电路的设计算法是一大难点。
      产品试验也是一大准入门槛，产品试验是变流器研发的重中之重，也是产品完善的关键环节，风电产品必须要进行风场试验才能不断地发现问题并加以改进，以确保产品的性能。由于目前没有固定的试验风场，所以不具备整机生产能力的变流器生产企业都需要自己去联系风场进行产品试验，当然这里面也不可避免地存在很多问题。变流器是整个风力发电系统的中间环节，要想实现变流器的规模化生产，必须搭建一个完整试验平台，才满足变流器出厂测试的需要，另外变流器的研发还需要引进矢量控制等新技术。
       在行业快速增长的同时，企业也面临着诸多困难。因为风电设备的每个环节都是关键，前后衔接十分紧密，一旦某个环节出现故障，整个风机的运转必然都受到极大的影响，造成停产甚至毁坏设备。这就要求风电设备零部件具有较高的质量和稳定性，在一定程度上加大了的设计维护难度。而由于大部分企业没有很强的试验能力，一定程度上导致了目前国产变流器产品性能上与国外产品差距仍然比较明显。国内变流器市场上有不少厂家在变流器的保护（即持续稳定运行性能）方面的确有待加强。试验平台的布局设计决定了产品的可靠性的高低，而在这方面国内研发人员还有很长的路要走。
      当然国内也不是全然劣势。目前我国电网工况存在一定的特殊性，由于其波动范围比国外的大，从而影响国外品牌变流器的正常运行，因此国外的产品应用在我国电网上也不是十全十美的。这样为我们自己也提供了一个机遇，本土企业必然更加了解我国电网的自身运行规律。
       只要设计方面合理可靠、地面试验做得充分、上机试验能够发现相关问题并设法克服掉，同时确保可靠稳定的生产过程，那么在未来一到两年内国产变流器基本可以成熟应用。目前国内企业具有一定的实力，只要国家继续加大扶持力度和资金投入，企业坚持走自主开发道路，那么变流器乃至其实风电自动化技术彻底国产化的目标必将实现。