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XE系列直驱型XE系列直驱型风力发电机组产品介绍风力发电机组产品介绍湘电风能有限公司湘电风能有限公司湘电风能有限公司2011年1月湘电风能有限公司2011年1月2011年1月2011年1月世界风电技术发展当今世界风电技术主流发展趋势当今世界风电技术主流发展趋势失速调节¾传统的恒速运行主动失速Activestall失速调节Stallcontrol¾传统的恒速运行、失速调节技术流派转向变速运行、变距调节的先进技变速控制定速Constantspeed变距调节的先进技术方向；齿轮箱Withgearbox变速控制Variablespeed¾尽管带齿轮箱的双馈型风机仍占市场主要份额，但采变速调节变距调节Pitchcontrol场主要份额，但采用全功率变流及永磁同步发电机的结构型式在技术上的无齿轮箱Withoutgearbox变速调节Variablespeed构型式在技术上的优势及领先地位是不容置疑的。当今世界主流机型机型对比当今世界主流机型¾双馈型风力发电机组¾直驱型风力发电机组¾半直驱型风力发电机组机型对比双馈式风力发电机组：双馈式风力发电机组：¾变桨距变速型¾变桨距变速型¾三级齿轮增速箱＋双馈式异步发电机+双馈式变频器；¾发电机转速通常为1500r/min+35%；¾发电机转速通常为1500r/min+35%；¾发电机定子通过地面变压器与电网连接，发电机转子与变频器连接，调节机组变速运行；器连接，调节机组变速运行；¾此类风力发电机组目前在兆瓦级以上风力发电机组市场占有最大份额，如Vestas、Repower、GE公司的风机均属于此。最大份额，如Vestas、Repower、GE公司的风机均属于此。机型对比双馈式风力发电机组：双馈式风力发电机组：GE1.5MWGemasa-872MWGE1.5MWGemasa-872MWSIMENSE2.3MWVestasV802MW机型对比直驱型风力发电机组直驱型风力发电机组¾超大直径多级同步超低速发电机，发电机转速通常为8-23rpm；¾无齿轮箱，叶轮直接与发电机相连,采用全功率变频器；¾大部分发电机采用永磁发电机，也有采用电励磁同步发电机。机型对比湘电风能XE系列永磁直驱单主轴承型风力发电机组湘电风能XE系列永磁直驱单主轴承型风力发电机组机型对比EnerconE112直驱型风机EnerconE112直驱型风机4500kW,D=114m4500kW,D=114m机型对比VENSYS直驱型风机VENSYS直驱型风机机型对比半直驱型风机半直驱型风机¾单级齿轮箱永磁发电机结构Multibrid5MW¾发电机、齿轮箱、主轴和主轴轴承集成一体，由钢管底盘结构支撑¾中速永磁发电机定子通过交－直－交¾中速永磁发电机定子通过交－直－交变频器与电网相连综合分析多MW级风机的技术情况多MW级风机的技术情况¾变桨、变速控制具有决定性优势-气动特性最优-减少扭矩峰值-功率输出更平稳-功率输出更平稳¾齿轮箱仍然是风机关键部件中最薄弱的环节;¾技术趋势:机械部件减少，电气部件增加；¾技术趋势:机械部件减少，电气部件增加；¾运动部件尽可能减少，整体结构更加简洁¾各种新型的变流技术日新月异，总体趋势是使电能质量更高、可靠性更高、部件重量更轻，全功率变流技术优势明显。¾各种新材料及新技术的出现及日趋成熟，是多兆瓦级¾各种新材料及新技术的出现及日趋成熟，是多兆瓦级风力发电机组得以快速成长的基础。XE系列直驱型风机介绍XE系列风机是一种采用水平轴、三叶XE系列风机是一种采用水平轴、三叶片，上风向、可变速、变桨距调节、直接驱动、永磁同步发电机发电并网的直驱型驱动、永磁同步发电机发电并网的直驱型风力发电机组。机组设计应用于符合IEC61400标准中的风力等级区域。的风力等级区域。产品简介XE系列直驱型风力发电机组：XE系列直驱型风力发电机组：永磁直驱单主轴承风力发电机组永磁直驱单主轴承风力发电机组产品简介湘电XE系列直驱型风力发电机组技术来源：湘电XE系列直驱型风力发电机组技术来源：第一代第三代第四代第二代2000年Lagerwey750kW1996年XE-2MW系列风机XE72/XE82/XE87/XE93根据不同风区的专业设计2.5MW系列风机3.0MW近海风机5.0MW远海风机第四代在世界销售了近300在世界销售了近1802000年ZephyrosZ721.5MW/2MW5.0MW远海风机在世界销售了近300台，运行业绩良好已安装运行600多台在世界销售了近180台，运行业绩良好湘电风能XE系列直驱风机产品研发历程：产品介绍湘电风能XE系列直驱风机产品研发历程：¾2007年12月30日，XE72-2000机组在湘电风能公司研制成功，2008年2月在福建六鳌风电场并网发电。2008年2月在福建六鳌风电场并网发电。¾2009年6月，XE82-2000机组在内蒙乌力奇风电场批量安装并网发电。¾2010年4月，XE87-2000机组在甘肃黑崖子风电场批量安装。¾2010年4月，XE87-2000机组在甘肃黑崖子风电场批量安装。¾2010年9月，XE93-2000机组在通辽突泉老爷岭风电场安装。¾2010年10月，XE93-2500机组在江苏启东风电场。¾2010年10月，XE93-2500机组在江苏启东风电场。¾2011年2月，XD1155MW直驱型海上风机样机安装。从2MW～5MW，我们用了3年时间。技术特点¾无齿轮增速箱，系统简单、运行可靠；消除了可能渗漏油、早期磨损等隐¾无齿轮增速箱，系统简单、运行可靠；消除了可能渗漏油、早期磨损等隐患，同时减小了机械损耗。¾机械传动部件的减少降低了机械损失，提高了整机效率，Cp值在低风速段明显偏高；在任何风速条件下，比相同型号双馈型风力发电机的标准小时明显偏高；在任何风速条件下，比相同型号双馈型风力发电机的标准小时数提高100小时以上。¾采用永磁同步发电机，损耗小、系统发电效率高。¾系统维护量少，运行成本低，进入机舱轮毂维护方便。¾系统维护量少，运行成本低，进入机舱轮毂维护方便。¾采用内正压技术，机组具有良好的防盐雾、沙尘措施，适合长期的内陆、沙漠、滩涂，海上等工作环境。¾20年设计寿命期间内，总使用成本比双馈型风机低25％以上。¾20年设计寿命期间内，总使用成本比双馈型风机低25％以上。¾采用全功率变流器，输送到电网的高次谐波少，上网电源品质优，不同机型电能质量对比见图1-图3：图1某变桨双馈1.5MW机组在800kW输出图2某定桨失速600kW机组在350kW输出图3湘电风能XE72-2000机组在400kW输出技术特点XE系列直驱机型与双馈机型相比的总体技术优势XE系列直驱机型与双馈机型相比的总体技术优势¾取消增速齿轮箱，彻底解决齿轮箱故障率高的问题；¾采用永磁同步发电机，解决双馈发电机滑环故障率高问题；¾传动链更加简单，可靠性更加高,同时降低了传动链的振动。可靠性可靠性优势优势风机效率与异步双馈风机相比具有绝对的优势；¾传动链更加简单，可靠性更加高,同时降低了传动链的振动。优势优势¾风机效率与异步双馈风机相比具有绝对的优势；¾采用永磁同步发电机，无励磁损耗，效率更高；¾传动链中无齿轮箱等部件，机械效率更高。效率效率优势优势传动链中无齿轮箱等部件，机械效率更高。电网电网¾对电网的兼容性更好；电网电网友好友好对电网的兼容性更好；¾电网电压的支撑能力强，具有较强的低压穿越能力；¾具有更宽范围内的有功及无功功率动态调节能力。齿轮箱风机的缺陷技术特点齿轮箱风机的缺陷¾磨损¾需要定期更换齿轮油¾需要定期更换齿轮油¾风机机械噪声的主要来源¾造成机舱重量增加运行30个月的齿轮箱轴承¾造成机舱重量增加¾寿命5-7年，后续更换需要大量费用齿轮箱轴承¾2008年3月，欧洲风能研究所发表的研究资料表明，风电整机及零部件部分产品质量问题，排在零部件部分产品质量问题，排在前五位的分别是：齿轮箱高速端轴承损坏、齿轮箱齿断裂、齿轮箱漏油、齿轮箱行星轮松动和主箱漏油、齿轮箱行星轮松动和主轴断裂。技术特点直接驱动/变桨距变速型风机优势直接驱动/变桨距变速型风机优势¾无主传动齿轮箱，高频冲击小，机组的振动小、可靠性更高，维护量更低，20年设计寿命期内总成本比双馈型风机低约25%以上更低，20年设计寿命期内总成本比双馈型风机低约25%以上¾与双馈型风机比较，直驱型风机20年设计寿命期内无需定期（平均约1.5年-2年）更换增速齿轮箱油（一次换油量约350L，国际品牌的油品费用4万元）。费用4万元）。¾据欧洲风机专业咨询公司提供的数据，采用一级行星轮以上结构的双馈型风机，每4年更换主传动齿轮箱高速侧轴承的概率为约40%；每7年馈型风机，每4年更换主传动齿轮箱高速侧轴承的概率为约40%；每7年更换齿轮箱内齿轮的概率为约38%；每3年更换发电机滑环的概率为约58%。¾直驱永磁同步发电机采用永磁体励磁，与常规绕线式发电机比较，损¾直驱永磁同步发电机采用永磁体励磁，与常规绕线式发电机比较，损耗可降低25%；实现了发电机无刷化，可靠性更高，免维护设计；运行时，不需要从电网吸收无功功率来建立磁场，可以改善电网的功率因数；同时，该发电机转动惯量大，有利于平抑风力起伏引起的电势波动。¾采用全功率变流器，谐波电流最小、频率和电压稳定，与各种电网的¾采用全功率变流器，谐波电流最小、频率和电压稳定，与各种电网的兼容性好，具有更宽范围内的无功功率调节能力和对电网电压的支撑能力，低电压穿越能力强。技术特点XE系列直驱机型与双馈机型相比，机组运行优势：XE系列直驱机型与双馈机型相比，机组运行优势：福煤（莆田）风力发电有限公司XE72-2000机组与V80-2MW机组运行比较：运行比较：地点：福建莆田石井风电场机型：XE72-2000（叶片长度34米）（叶片长度34米）数量：20台运行时间：4个月2009.7.18-11.27发电量：3668万kw.h917万kw.h/月可利用率：98.5%技术特点XE系列直驱机型与双馈机型相比的总体技术优势：XE系列直驱机型与双馈机型相比的总体技术优势：福煤（莆田）风力发电有限公司XE72-2000机组与V80-2MW机组运行比较：地点：地点：福建莆田石城风电场机型：机型：V80-2.0MW（叶片长度39米）数量：20台运行时间：6个月2009.5.26-11.27发电量：5665万kw.h944万kw.h/月可利用率：96.5%技术特点对比目前市场上现有直驱型风机，具有以下优点：¾多极永磁发电机采用内转子结构，不需要外励磁场，无励磁损对比目前市场上现有直驱型风机，具有以下优点：失，电机冷却容易实现，低功率情况下具有较高的效率；与带外励磁场的绕线转子比，发电机损耗可显著降低。¾发电机效率高，变速范围宽（0～130%变速范围）。¾发电机效率高，变速范围宽（0～130%变速范围）。¾发电机无碳刷和滑环，减少了维护量，提高了机组可利用率。¾发电机采用外表面空气冷却、内正压技术和过滤空气(防止潮¾发电机采用外表面空气冷却、内正压技术和过滤空气(防止潮湿气体、沙尘进入)，保护发电机及控制系统不受盐雾、沙尘的影响。¾发电机在电网电压变化的情况下，能够保持电压、电流的稳定，同时电机扭矩保持不变，具有扶持电网的能力。技术特点永磁同步发电机特点：¾永磁同步发电机转速低、摩擦损耗低。永磁同步发电机特点：¾永磁同步发电机转速低、摩擦损耗低。¾磁铁提供转子励磁，不需要外励磁场，发电机损耗可显著降低。¾定子绕组用真空压力浸漆(VPI)，采用F级以上的绝缘结构，使用寿命20年以上。¾采用了永磁体安装结构设计及装拆的专有工艺，在短路情况下不会造成永磁体永久退磁。不会造成永磁体永久退磁。¾发电机采用自然冷却，电机的散热能力随风速的提高而提高，这点与风机的功率随风速增大正好匹配。这点与风机的功率随风速增大正好匹配。¾发电机采取IP54防护等级，与其它外转子永磁同步发电机IP23防护等级相比，能够确保20年的使用寿命内发电机内部的防雨、防潮、防尘。这对于在盐雾、沙尘、台风等恶劣环境中运行的风机尤为重要。技术特点根据IEC60529-2001外壳防护