看风电设备他山之石—丹麦风电设备

看风电设备他山之石—丹麦风电设备

2010-05-20 09:09:10 阅读17 评论0 字号:

        就技术的先进性和占有全球销售份额来说,丹麦风电设备制造商是目前世界上最成功的。丹麦的总风电装机容量是3114MW,风电发电量占总发电量的20(BTM,2004)。稳定增长的年装机容量为丹麦的风机制造商提供了一个稳定的市场环境,丹麦已安装风机的99%都来自本国。

        现代化的丹麦风电产业是立足于丹麦本国市场情况而建立的,这样可以随时提供必要的产品检测,从而对风电技术和生产工艺进行梳理(Krohn,1998)。丹麦拥有世界上{zd0}的风机制造商Vestas风能系统A/S公司,该公司在2003年底与丹麦第二大风机制造商NEGMicon合并。在2003年合并之前,Vestas拥有21.7的全球市场占有率,其中98.6是销售到国外市场(从丹麦出口,或者Vestas公司的海外子公司和合资企业生产)。Vestas公司只开发、生产、销售和维护风电设备,不参与风电项目的开发和融资,也不拥有风电项目的所有权。Bonus公司是丹麦历史悠久的风机制造商。Bonus公司始创于1979,2003年其全球市场占有率为6.6,在丹麦的市场占有率超过了80(BTM,2004)。

        丹麦的风机制造商依靠国内市场来开发自己的技术,并着眼于本国公司在全球市场上的位置。由于目前风电发电量已经占丹麦发电总量的20,且陆上风电场址也所剩无几了,所以丹麦风电行业就加大了其出口份额。作为全球最早的风电产业主导者,丹麦的风机技术{lx1},在技术研发方面有很大的优势,丹麦的公司在近期都将保持其竞争优势。随着其他国家的风机公司的发展壮大,丹麦公司在此领域的优势开始逐渐缩小,丹麦的公司要保持他们的现有的市场占有率并非易事。
现状

        在丹麦,早期的、目标明确的研发活动与严格的认证标准相结合是发展大型风机制造行业首要的驱动力。而政府担保xx和出口援助项目是第二驱动力。

        丹麦政府在风机技术开发的最初阶段资助了重要的研发活动,其目的是为了降低大型风力发电系统的成本,以使风电可以与传统电力相竞争。早期的研发活动重视风机技术领域,同时也包括风场场址的调查、并网问题的研究和风力资源评价(Sawin,2001)。早在1990年,风机制造商就扩展了他们的技术研发领域,政府资助也转向支持风资源数据的收集和开展公共教育。目前的政府资助的研究领域包括并网问题研究、海上风力资源测试和评价和,虽然政府的研发资助水平近年来有所下降,但是目前丹麦的风电技术已经成熟了(Sawin,2001)。丹麦制造商也从欧盟的研发项目中得到了资助。

        早期的丹麦研发项目在某种程度上是针对于,让那些具有农业或者海运技术生产背景的公司开发一些小型风机。相反的是,德国和美国的早期的研发项目则注重资助航空工业开发数量较少的大型风机(Sawin,2001;Kamp,2002)。到目前,丹麦采用的多样的研发方法从丹麦风机制造商在全球所起的支配地位上就能反映出来。虽然,从1974到2003年,丹麦的研发投入是同一时期美国投入量的七分之一,但是丹麦取得了非常成功的结果。

        丹麦是世界上{dy}个倡导使用风机技术的质量认证和采用标准化系统的国家,并且至今仍这个领域处于领导地位。在丹麦,只有通过严格的安全和质量检测的风机才能安装使用。从1979年开始,国家Riso实验室负责批准和认证风机的设计,以保证产品的可靠性和达到风机安全运行标准(Sawin,2001)。丹麦风机批准和认证系统是在风机制造商、设备拥有者和xx机构的要求下建立起来的,因为他们希望需要采用具有一致性的一系列规则以确保在丹麦安装使用的风机的质量。风机设备的认证基于产品类型认证和质量认证体系,此系统涵盖了风机的生产和安装以及基本动力曲线检测和噪声检测。风电并网指南也从1998年开始生效。目前,丹麦的认证规则已有所更新,并被纳入到“丹麦风机类型认可和认证的技术标准”中,所有的风机制造商都通过了ISO9000质量认证体系(Lemming和Anderson)。丹麦能源机构负责项目管理,而国家Riso实验室则充当着秘书处和信息中心的角色。

        在丹麦,风机只有通过了本国严格的安全检测才能安装使用,这就使国外的风机制造商很难进入丹麦市场。现在,丹麦风机制造商(至少就目前来说)在国内市场上竞争激烈,并将外来的竞争者从根本上排挤出了丹麦的市场。这样,丹麦的风机就占据了100的丹麦市场。目前,在丹麦安装的风机必须通过严格的安全标准,这有效地扩大了丹麦产风机的市场份额。但是在不久的将来,随着市场的整合和根据丹麦标准认证体系建立的国际认证体系的实施,这样的态势会有所减弱。

        丹麦政府实施的另外一个支持当地风机制造公司的项目是“丹麦风机担保项目”,这个项目为使用丹麦风机的项目提供了长期的融资和担保xx,这就显著地降低了选择使用丹麦风机的风电场的风险。

        为了进一步扩展丹麦风机在国外市场的使用,丹麦国际发展机构(DANIDA)向大量进口丹麦风机的国家提供赠款和项目开发xx。丹麦政府向印度、埃及、中国和索马里等国家提供这种带附件条件的技术援助项目。

        丹麦当地的风机制造工业是在世界上最早、最成功和稳定的购电法政策体系的基础上建立和壮大的。从表2可以看出这个政策营立的风电市场的规模和稳定性,其稳定性持续了十年以上。其他的政策,包括支持风力公司的税收激励政策也发挥了重要作用。

        丹麦环境部早在1979年就要求风电强制上网,要求电力公司支付部分的并网成本,具体的情况可通过谈判确定。。从1992年开始,就要求电力公司以85的净的电力公司的电力价格购买风电,这其中不包括生产和配电成本的税收。这个价格根据各个地区的平均电价的不同而不同。对风电生产的补贴始于1981年,后来进行了修改,将其并入二氧化碳税补贴中。

        从1979年开始,政府为安装使用丹麦认证的风机提供资金,以补贴他们的安装成本,一开始政府给予30%的补贴,,后来减少了补贴比例,直到最终淘汰了这样的补贴。九十年代初期,丹麦实施了风机扩容计划,即以新型和大容量的风机替代小型风机或者运行状况差的风机,并为这样的替代提供20-40的补贴(这样一来丹麦的风机总数下降了而总的装机容量却提高了)。从80年代初期到90年代中期,风机发电所得的收入都不征税。多年来,丹麦国家的能源规划一直涵盖风电领域,包括规划的未来风电厂的场址。丹麦国家政府一直对地方政府施加压力,要求地方政府将优先考虑发展风能。

        在过去的20年里,丹麦一直为风力发电提供补贴,并且要求电力公司提供一个固定的上网电价。然而,经过一些事情,政策的具体内容发生了一些变化,稳定性不再是游戏规则了。现在,海上风电项目是通过政府招标方式来实施,陆上风力发电项目则由一系列的风电激励政策来支持。

        趋势

        丹麦的风电产业最初是在稳定的政策环境下,通过政府有效分配的研发资金、较早建立的质量标准、对外援助项目和补贴等各种激励因素相结合而建立起来,这样的环境为风电提供了一个稳定而又具有吸引力的风电价格。政府通过开展风电资源评价的方式支持国内风电场的开发,同时政府的xx担保也创建了一个稳定的投资环境。国内需求的建立为风机供应商创造了市场,使他们能够在实践的过程中积累了宝贵的经验。

        丹麦风机制造商目前正处在一个独特位置,因为丹麦国内市场已趋于饱和,所以他们不得不寻找国外市场销售丹麦产风机。而其他国家也总是试图倡导风电设备本地化,这就有可能使丹麦制造商处于不利地位。丹麦公司的一个策略是将风机的生产向海外转移,以使他们的产品能够符合当地的要求。Vestas公司已经在德国、意大利、印度和苏格兰(也包括丹麦)生产风机,并且还在寻找在其他国家的生产机会,其中包括中国。由于海上风电在丹麦仍有着巨大的发展潜力,丹麦公司的另一个策略就是致力于海上风电资源的开发和利用。

        从国际风电设备技术发展趋势看,主要体现在容量大小、浆矩变化、驱动方式、控制技术等主要方面。

  单机容量增大

  单机容量越大,单位千瓦的造价越低。正是基于经济效益的优势,单机容量逐步提高成为国际风电设备发起站的主要趋势之一。

  20世纪末,风电机组主流规格在欧洲是750千瓦,美国是500千瓦。进入21世纪,主流机型已经达到1500千瓦。譬如丹麦的新建风场的单机容量都在1000千瓦,德国在北海建设的风场的单机功率在5000千瓦。

  目前,世界主要风机制造商都提出要在2010年实现10000千瓦的计划。据报道,美国已经研制成7000千瓦的风机。

  定桨矩向变桨矩的变化

  以前的桨叶采用固定模式,现逐步发展为变桨矩模式。利用变桨矩调节技术,叶片的安装角可以根据风速的变化而改变,气流的攻角在风速变化时可以保持在一定的合理范围。当风速大于额定风速时,仍可以保持稳定的输出功率。

  变速恒频技术的采用

  目前市场上的失速型风电机组一般采用双绕组结构(4极/6极)的异步发电机,双速运行。

  在高风速段,发电机运行在较高转速上,4极电机工作;在低风速段,发电机运行较低转速上,6极电机工作。双速运行的优点是控制简单,可靠性好。缺点是由于转速基本恒定,而风速经常变化,因此风力机经常工作在风能利用系数(Cp)较低的点上,风能得不到充分利用。

  近年来发展起来的变速风电机组一般采用双馈异步发电机或多极同步发电机。双馈电机的转子侧通过功率变换器(一般为双PWM交直交型变换器)连接到电网。该功率变换器的容量仅为电机容量的1/3,并且能量可以双向流动,这是这种机型的优点。多极同步发电机的定子侧通过功率变换器连接到电网,该功率变换器的容量要大于等于电机的容量。变速运行风电机组通过调节发电机转速跟随风速变化,能使风力机的叶尖速比接近{zj0}值,从而{zd0}限度的利用风能,提高风力机的运行效率。

  驱动方式

  从风轮到发电机的驱动方式大致分为三种:{dy}种是通过多级增速箱驱动双馈异步发电机,简称为双馈式。第二种是风轮直接驱动多极同步发电机,简称为直驱式(或无齿轮箱式)。第三种是单级增速装置加多极同步发电机技术,简称为混合式。混合式设计旨在融合双馈式和直驱式机组的优点而避免其缺点。芬兰WinWind公司已开发出容量1.1MW,叶轮直径56米的混合式风电机组。

  从国际上的趋势看,直驱式风力机由于具有传动链能量损失小、维护费用低、可靠性好等优点,在市场上正在占有越来越大的份额。

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