引进技术战略分析.docx
- 文档编号:30054482
- 上传时间:2023-08-04
- 格式:DOCX
- 页数:11
- 大小:23.88KB
引进技术战略分析.docx
《引进技术战略分析.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《引进技术战略分析.docx(11页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
引进技术战略分析
1全球风电产业技术发展及趋势
纵观世界风电产业技术现实和前沿技术的发展,目前全球风电制造技术发展主要呈现如下特点:
1.1水平轴风电机组技术成为主流
水平轴风电机组技术,因其具有风能转换效率高、转轴较短,在大型风电机组上显出经济性等优点,使水平轴风电机组成为世界风电发展的主流机型,并占到95%以上的市场份额。
同期发展的垂直轴风电机组因转轴过长、风能转换效率不高,起动、停机和变桨困难等问题,目前市场份额很小、应用数量有限,但由于其全风向对风、变速装置及发电机可以置于风轮下方或地面等优点,近年来,国际上相关研究和开发也在不断进行并取得一定进展。
1.2风电机组单机容量持续增大
近年来,世界风电市场中风电机组的单机容量持续增大,随着单机容量不断增大和利效率提高,世界上主流机型已经从2000年的500-1000kW增加到2008年的2^-3MW,近年来,海上风电场的开发进一步加快了大容量风电机组的发展,2008年底世界上已运行的最大风电机组单机容量己达到6MW,风轮直径达到127m.目前,己经开始8-10MW风电机组的设计和制造。
1.3变桨变速功率调节技术得到广泛采用
由于变桨距功率调节方式具有载荷控制平稳、安全和高效等优点,近年在大型风电机组上得到了广泛应用。
结合变桨距技术的应用以及电力电子技术的发展,大多风电机组开发制造厂商开始使用变速恒频技术,并开发出了变桨变速风电机组,使得在风能转换上有了进一步完善和提高。
2007年,在全球所安装的风电机组中有92%的风电机组采用了变桨变速方式,而且比例还在逐渐上升。
我国2008年安装的兆瓦级风电机组中,也都是变桨距机组。
2MW以上的风电机组大多采用三个独立的电控调桨机构,通过三组变速发电机和减速箱对桨叶分别进行闭环控制。
1.4双馈异步发电技术己占主导地位
以Vestas公司的V80,V90为代表的双馈异步发电型变速风电机组,在国际风电市场中所占的份额最大。
德国Repower公司利用该技术开发的机组单机容量已经达到5MW.西门子公司、德国Nordex公司、西班牙Gamesa公司、美国GE风能公司和印度Suzlon公司都在生产双馈异步发电型变速风电机组,2008年新增风电机组中,双馈异步发电型变速风电机组仍然占80%以上。
目前,欧洲正在开发10MW的双馈异步发电型变速恒频风电机组。
1.5直驱式、全功率变流技术得到迅速发展
无齿轮箱的直驱方式能有效地减少由于齿轮箱问题而造成的机组故障,可有效提高系统的运行可靠性和寿命,减少维护成本,因而得到了市场的青睐。
采用无齿轮箱系统的德国Enercon公司在2007年仍然是德国、葡萄牙风电产业的第一大供应商和印度风电产业的第二大供应商。
西门子公司已经在丹麦的西部安装了两台3.6Mw的直驱式风电机组,这两台风力机正处于试运行阶段。
其他主要制造企业也在积极开发研制直驱风电机组。
我国新疆金风科技有限公司与德国Vensys公司合作研制的1.5MW直驱式风电机组,已有数百台安装在风电场。
2007年新增风电机组中,直驱式风电机组已占15%。
伴随着直驱式风电系统的出现,全功率变流技术得到了发展和应用。
应用全功率变流的并网技术,使风轮和发电机的调速范围扩展到0-150%的额定转速,提高了风能的利用范围。
由于全功率变流技术对低电压穿越技术有很好且简单的解决方案,对下一步发展占据了优势。
与此同时,半直驱式风电机组也开始出现在世界风电市场上。
在轴承支撑方式上,单个回转支承轴承代替主轴和两轴承成为某些2MW以上机组的选择,如:
富兰德的2.5MW风机,这说明无主轴系统正在成为欧洲风电机组发展的一个新动向。
1.6大型风电机组关键部件的性能日益提高
随着风电机组的单机容量不断增大,各部件的性能指标都有了提商,国外己研发出3000^-12000V的风力发电专用高压发电机,使发电机效率进一步提高;高压三电平变流器的应用大大减少了功率器件的损耗,使逆变效率达到98%以上;某些公司还对桨叶及变桨距系统进行了优化,如德国ENERCON公司在改进桨叶后使叶片的饰值达到了0.5以上。
从2007年胡苏姆风能展的情况看,欧洲风电设备的产业链已经形成,为今后的快速发展莫定了基础。
某些基础结构件、铸锻件有向我国转移的趋势。
1.7智能化控制技术的应用加速提高了风电机组的可靠性和寿命
鉴于风电机组的极限载荷和疲劳载荷是影响风电机组及部件可靠性和寿命的主要因素之一,近年来,风电机组制造厂家与有关研究部门积极研究风电机组的最优运行和控制规律,通过采用智能化控制技术,与整机设计技术结合,努力减少和避免风电机组运行在极限载荷和疲劳载荷,并逐步成为风电控制技术的主要发展方向。
1.8叶片技术发展趋势
随着风电机组尺寸的增大,叶片的长度也变得更长,为了使叶片的尖部不与塔架相碰,设计的主要思路是增加叶片的刚度。
为了减少重力和保持频率,则需要降低叶片的重量,好的疲劳特性和好的减振结构有助于保证叶片长期的工作寿命。
额外的叶片状况检侧设备将被开发出来并安装在风电机组上,以便在叶片结构中的裂纹发展成致命损坏之前或风电机组整机损坏之前替示操作者。
对于陆上风电机组来说,这种检侧设备将会成为必备品。
为了增加叶片的个刚度并防止它由于弯曲而碰到塔架,在长度大于50m的叶片上将广泛使用强化碳纤维材料。
为了方便兆瓦级叶片的道路运输,某些公司己经把叶片制作成两段。
例如德国Enercon公司的E1266M11风电机组的叶片由内、外两段叶片组成,靠近叶根的内段由钥制造,外包玻璃钥壳体形成气动形状表面。
智力材料例如压电材料将被使用以使叶片的气动外形能够快速变化。
为了减少叶片和整机上的疲劳负荷,可控制的尾缘小叶可能被逐步引入叶片市场。
热塑材料的应用:
LMGlasfibre公司正开展一项耗资800万欧元的研究项目,目的是用玻璃钢、碳纤维和热塑材料的混合纱丝去制造叶片。
一具这种纱丝铺进模具,加热模具到一定温度后,塑料就会融化,并将纱丝转化为合成材料,这可能会使叶片生产时间缩短50%。
1.9风电场建设和运营的技术水平日益提高
随着投资者对风电场建设前期的评估工作和建成后运行质量的越来越高的要求,国
外已经针对风资源的测试与评估开发出了许多先进测试设备和评估软件。
在风电场选址,特别是选址方面已经开发了商业化的应用软件。
在风电机组布局及电力输配电系统的设计上也开发出了成熟软件。
国外还对风电机组和风电场的短期及长期发电量预测做了很多研究,精确度可达90%以上。
1.10近海风电技术成为重要发展方向
随着风力发电的迅速发展,欧洲陆上风电场的一些问题如占用土地、影响自然景观、噪声、对周围居民生活带来不便等逐渐显露出来,近年来,欧洲风电场建设从陆上向近海逐步发展,但是步伐较慢。
由于近海风电机组对噪声的要求较低,采用较高的叶尖速度可降低机舱的重量和成本。
国外除对近海风电机组根据近海特点进行特别设计和制造外,对近海风电场的建设也做了很多工作,包括对近海风电场的风资源测试评估、风电场选址、基础设计及施工、风电机组安装等方面的深入研究,开发了专门的近海风资源测试设备、安装近海风电机组的近海安装平台和专门用于风电运输的近海安装运输船,并建设了一些近海示范型风电场,推动了近海风电技术发展。
到2008年底,全世界共建成24个近海风电场,预计2009年以后德国也将大规模开发近海风电场。
但是目前建设近海风电场的造价是陆地风电场的1.7-2.5倍,发电量是陆上风电场的1.4倍,其经济性仍不如陆地风电场,并且,近海风电场设备维修保养困难。
到2015年底,全球预计建设总容量达18.49GW(一般估算)~24.256GW(乐观估算)的海上风电场。
未来风能技术更新发展的驱动力主要来自蓬勃崛起的近海风电场建设,这一发展趋势已经不可逆转。
1.11标准与规范逐步完善
德国、丹麦、荷兰、美国和希腊等国家加快完善了对风电技术标准,建立了认证体系和相关的检测和认证机构,同时也采取了相应的贸易保护性措施,如欧盟对风力发电的电磁兼容问题实施了强制标准,德国即将实施的风电新标准要求接入电网的风电设备在电网出现短路故障时能提供较大的短路电流,这一规定使德国ENERCON公司在竞争中保持了主动地位。
自1988年国际电工委员会成立了IEC/TC88“风力发电技术委员会”以来,到目前已发布了10多项国际标准,这些标准绝大部分是由欧洲国家制定的,是以欧洲的技术和运行环境为依据编制的,也为保证产品质量、规范风电市场、提高风电机组的性能和推动风电发展奠定了重要基础.
2我国大型风电市场前景
目前,中国的风电装机容量为全国电源总装机容量的1%.中国风电具有大规模发展的前景,主要原因是:
2.1中国的风能资源丰富.
中国气象局风能太阳能资源评估中心最近采用数值模拟方法得到的结果:
全国陆上50m高度风功率密度达到300W/m?
的面积约54Tkm=,按每平方公里装机5MW作为技术可开发量估计,技术可开发量约为26.8亿kW;在离岸20km的海域范围内,技术可开发面积约为3.7万耐,离海面50m高度层风能资源技术可开发量为1.8亿kW;我国风能资源总的技术可开发量为28.6亿kW,陆地大于近海。
我国的风能资源主要分布在三北地区和东南沿海及岛屿地区。
2.2中国的电网条件较好一方面,东南沿海地区已有较强的高压输电网,因此,风电机组在并网上不会有很技术问题:
另一方面,西部地区虽然目前电网较弱,但随着经济的发展,电网将不断延伸和增强。
2.3中国的风电制造业发展迅速
目前1.5MW以下的风电机组已能大批量生产,2MW风电机组已经小批量生产并成功运行,3MW机组已经试运行,5MW大功率风力发电机组正在开发之中,2010年后,我国将进入全球风电设备生产大国的前列,可为我国风电场建设提供可靠的装备支持。
2.4国家法律、政策支持
随着《中华人民共和国可再生能源法》的贯彻实施及其配套法规的完善和执行,以及采用固定上网电价等措施的出台,必将对包括风能在内的可再生能源的发展起到更加有力的推动作用。
2.5风电特许权项目
国家发改委已经进行了五期风电特许权示范项目,为了促进风力发电的规模化发展和商业化经营,要求每个风电场的规模不小于10万kW,单机容t不小于1000kW,其中本地化风电机组要求不少于7096.另外,国家发改委已经要求各省政府在今后五年内提出另外20个风电特许权项目建议,每个项目规模为10万^-30万kW,并且在河北建立首个百万千瓦级风电基地,还提出了打造西部,陆上三峡’的规划,甘肃省酒泉的千瓦级风电基地建设项目也经将启动。
2.6发展潜力空间大。
2007年我国政府公布的可再生能源中长期发展规划首次明确了强制性市场份额的数量目标。
对非水电可再生能源发电规定强制性市场份额目标:
到2010年和2020年,大电网覆盖地区非水电可再生能源发电在电网总发电量中的比例分别达到1%和3%以上;权益发电装机总容量超过500万kW的投资者,所拥有的非水电可再生能源发电权益装机总容量应分别达到其权益发电装机总容量的3%和8%以上。
电力装机权益容量超过500万kW的投资者,非水电可再生能源的装机容2010年达到3%,即2400万kW;2020年达到8%,即9600万kW,实际上生物质能和太阳能发电的总量很小,需要风电达到电量目标。
据有关单位的初步预测,我国2020年风电装容量将达到1.5亿kW,2050年达到5亿kW,2020年以后,风力发电将在能源供应和减排温室气体方面起显著作用,届时风电成本将“十分接近”常规电源。
2020年以前发展风电的主要目的是尽快培育出本国的风电设备制造产业,以满足风电市场快速增长的需求。
为实现上述目标,必须提高国内风力发电设备制造能力,加速风力发电设备国产化进程,形成与风电场建设基本同步的生产能力,满足国内市场的需求,同时还可以争取出口。
要建立具有自主知识产权的知名品牌,加强对风力发电机技术的研究开发,大多数风力发电设备部件要实现国内生产制造,其技术标准和运行质量达到国外同类产品的指标要求,能满足国内风场资源特征及市场需求,形成不同规格的系列化产品。
要借鉴国外风力发电机生产的经验,打破行业界限,采用招标方式择优扶持零配件生产厂、整机组装厂,最终实现产品价格、风电场初始投资有较大下降,风力发电成本逐步能与常规发电方式相竞争。
在国产化和商业化进程中,要加快形成和建立起风电机组及其主要零部件的质量标准和检测体系。
3我国并网型风电产业的现状
3.1国内风电机组的技术来源
根据对国内正在制造和生产的风电机组的调查分析,其主要技术来源大致可分为以下五类:
第一类:
引进国外的设计图样和技术,或者是与国外设计技术公司联合设计,在国内进行制造和生产。
如金风科技引进的1.2MW,1.5MW直驱风电机组,现在已在国内大批量生产和供货。
还有浙江华仪、广东明阳、国电联合动力的1.5MW双馈风电机组,重庆海装、上海电气的2MW双馈风电机组等都是采取这种方式引进的,现在这些公司的产品有的已经小批量生产,有的样机己经下线。
第二类:
购买国外成熟的风电技术,在国内进行许可生产。
如金风科技和浙江运达的750kW定桨距风电机组,华锐风电、东方汽轮机的1.5MW的双馈风电机组,都在国内成功大批量生产并实现产业化,这些机组是国内的主力机型。
第三类:
与国外公司合资,引进国外的成熟技术在国内进行生产。
如航天安迅能、恩德风电的1500kW双馈风电机组,在国内已成功生产并实现产业化。
还有湘电风能、瑞能北方的2000kW等公司都是采取这种方式引进的,现在这些公司的产品有的已经批量生产,有的样机已投入试运行。
第四类:
国外的风电机组制造公司在国内建立独资企业,将其成熟的设计制造技术,在国内进行生产。
如歌美飒风电的850kW.苏司兰的1250kW.通用电气的1500kW,维斯塔斯的2000kW机组都是采取这种方式进行生产的,目前已经投入大批量生产。
第五类:
采用国内大学和科技公司自行开发的设计制造技术,在国内进行生产的风电机组.例如:
沈阳华创、江苏新誉、浙江运达和三一重工开发的1.5MW机组,上海万德的1.2MW机组、南通错炼的2MW机组都是采取这种方式进行生产的。
目前,沈阳华创、江苏新誉及浙江运达开发的1.5MW双馈风电机组都已经投入小批量生产,并在风电场进行试运行。
3.2风电机组配套部件制造企业概况
随着国内风电市场需求的扩大,风力机关键部件配套生产企业有了较快的发展,风电设备制造和配套部件专业化产业链正逐步形成。
其中:
叶片制造企业在国内已有80多家,其中己经批量生产的企业有:
中航(保定)惠腾风电设备有限公司、连云港中复连众复合材料集团、天津LM公司、中能风电设备有限公司、上海玻璃钢研究院和北京玻璃钢研究院等企业。
目前,国产风电机组叶片己经能够满足国内风电产业发展的需要。
发电机制造企业有:
永济电机厂有限公司、兰州电机有限责任公司、上海电机厂有限公司、兰洲南车电机股份有限公司、湘潭电机有限公司、大连天元电机公司等,基本能够满足国内风电产业发展的需要。
齿轮箱制造企业有:
南京高精齿轮股份有限公司、重庆齿轮箱有限责任公司、杭州前进风电齿轮箱有限公司、大连重工起重集团、我国第二重型机械集团公司等,本地化落实情况比较好,目前基本能满足国内风电产业发展的需要。
但由于齿轮箱轴承质量要求较高,目前国内尚无法提供合格的产品,齿轮箱产能受国外轴承供应的影响较大。
另外齿轮箱制造工艺、质量和产能的提高,需要一些高精设备来保证,这些设备订购周期将对产能有一定影响。
变桨和偏航轴承的制造企业有:
洛阳轴承集团技术中心有限公司、瓦房店轴承集团有限责任公司、浙江天马轴承厂和徐州罗特艾德回转支承有限公司等。
这些公司也在试生产主轴轴承,产品正处于运行考核阶段。
目前,我国大部分风电机组制造公司还在采用国外SKF和FAG的产品,但供货周期较长,暂时成为制约我国风电机组产能发展的瓶颈之一。
变流器和整机控制系统的制造企业有:
北京科诺伟业能源科技有限公司、合肥阳光电源有限公司、北京清能华福风电技术有限公司等10多家企业。
目前处于试应用或考核试验阶段,尚不能完全满足国内风电产业发展的需要,国内市场上需求的大部分变流器和整机控制系统仍需进口。
塔筒、轮毅、机舱等部件的制造企业较多,完全能够满足国内风电产业发展的需要。
3.3国内风电设备技术发展及趋势
纵观我国风电产业技术现实和前沿技术的发展,目前国内风电制造技术发展主要呈
现如下特点:
(1)水平轴风电机组技术成为主流。
水平轴风电机组技术,因其具有风能转换效率高、转轴较短,在大型风电机组上更显出经济性等优点,使水平轴风电机组成为我国大型风电设备的主流机型,并占到100%的市场份额。
同期发展的垂直轴风电机组因转轴过长、风能转换效率不高,起动、停机和变桨困难等问题,目前在国内还没有应用。
(2)风电机组单机容量持续增大。
近年来,国内风电市场中风电机组的单机容量持续增大。
2005年新安装的机组平均单机容量849.7kW,2006年新安装的机组平均单机容量919.5kW.2007年新安装的机组平均单机容量1.05MW,2008年新安装的机组平均单机容量1.22MW.当前,MW级风电机组已成为国内风电市场中的主流机型。
随着单机容量不断增大和利用效率提高,我国主流机型已经从2005年的600-1000kW增加到2008年的750^-1500kW,2008年我国陆地风电场安装的最大风电机组为2MW.近年来,海上示范风电场的开发进一步加快了大容量风电机组的发展,2008年底我国已运行的最大风电机组单机容量己达到3MW.
(3)变桨变速功率调节技术得到广泛采用。
由于变桨距功率调节方式具有载荷控制平稳、安全和高效等优点,.近年在大型风电机组上得到了广泛采用。
结合变桨距技术的应用以及电力电子技术的发展,大多风电机组开发制造厂商使用变速恒频技术,并开发出了变桨变速风电机组,使得在风能转换上有了进一步完善和提高。
2008年,在全国所安装的风电机组中有90%的风电机组采用了变桨变速方式,而且比例还在逐渐上升。
我国2008年安装的兆瓦级风电机组中,全部是变桨距机组。
2MW以上的风电机组大多采用三个独立的电控调桨机构,通过三组变速电机和减速箱对桨叶分别进行闭环控制。
(4)双馈异步发电技术仍占主导地位。
丹麦Vestas公司、德国西门子公司、德国、Nordex公司、西班牙Gamesa公司、美国GE风能公司和印度Suzlon公司在我国建立的外资公司都在生产双馈异步发电型变速风电机组,我国内资企业华锐风电、东方汽轮机等企业也在生产双馈异步发电型变速风电机组。
2008年新增风电机组中,双馈异步发电型变速风电机组仍然占80%以上。
目前,我国华锐风电研发的3MW的双馈异步发电型变速恒频风电机组已经投入运行。
(5)直驱式、全功率变流技术得到迅速发展。
无齿轮箱的直驱方式能有效地减少由于齿轮箱问题而造成的机组故障,可有效提高系统的运行可靠性和寿命,减少维护成本,因而得到了市场的青睐。
我国新疆金风科技有限公司与德国Vensys公司合作研制的1.5MW直驱式风电机组,已有200多台安装在风电场。
伴随着直驱式风电系统的出现,全功率变流技术得到了发展和应用。
应用全功率变流的并网技术,使风轮和发电机的调速范围扩展到0^-150%的额定转速,提高了风能的利用范围。
由于全功率变流技术对低电压穿越技术有很好且简单的解决方案,对下一步发展占据了优势。
与此同时,半直驱式风电机组也开始出现在世界风电市场上。
(6)大型风电机组关键部件的性能日益提高。
随着风电机组的单机容量不断增大,各部件的性能指标都有了提高,如南京高速齿轮箱厂生产的大型风电机组齿轮箱,保定惠腾和连云港中复连众生产的大尺寸叶片,兰州电机厂生产的发电机等产品质量都有很大提高。
从2009年上海第三届风能展的情况看,我国风电设备的产业链己经形成,为今后的快速发展莫定了基础。
我国在某些基础结构件、铸锻件等领域已经具有优势,不仅满足国内市场需求,而且正在向国际市场转移。
(7)智能化控制技术的应用加速提高了风电机组的可靠性和寿命。
鉴于风电机组的极限载荷和疲劳载荷是影响风电机组及部件可靠性和寿命的主要因素之一,近年来,风电机组制造厂家与有关控制系统研究院所积极合作研究风电机组的最优运行和控制规律,通过采用智能化控制技术,与整机设计技术结合,努力减少和避免风电机组运行在极限载荷和疲劳载荷,并逐步成为风电控制技术的主要发展方向。
(8)恶劣气候环境下的风电机组可靠性得到重视。
由于我国的北方具有沙尘暴、低温、冰雪、雷暴,东南沿海具有台风、盐雾,西南地区具有高海拔等恶劣气候特点,恶劣气候环境已对风电机组造成很大的影响,包括增加维护工作量,减少发电量,严重时还导致风电机组损坏。
因此,在风电机组设计和运行时,必须具有一定的防范措施,以提高风电机组抗恶劣气候环境的能力,减少损失。
因此,我国的风电机组研发单位在防风沙、抗低温、防雷击、抗台风、防盐雾等方面着手进行研究,以确保风电机组在恶劣气候条件下能可靠运行,提高发电量。
(9)低电压穿越技术应用。
随着风电机组单机容量的不断增大和风电场规模的不断扩大,风电机组与电网间的相互影响己日趋严重。
一旦电网发生故障迫使大面积风电机组因自身保护而脱网的话,将严重影响电力系统的运行稳定性。
因此,随着接入电网的风力发电机容量的不断增加,电网对其要求越来越高,通常情况下要求发电机组在电网故障出现电压跌落的情况下不脱网运行(faultride-through),并在故障切除后能尽快帮助电力系统恢复稳定运行,也就是说,要求风电机组具有一定低电压穿越(lowvoltageridethrough)能力。
随着风力发电装机容量的不断增大,很多国家的电力系统运行导则对风电机组的低电压穿越(LVRT)能力做出了规定。
我国的风电机组在电网电压跌落情况下,也必须采取相应的应对措施,确保风电系统的安全运行并实现LVRT功能。
3.4目前面临的主要问题
(1)国产风电机组设备质量有待提高。
由于部分国产风电机组设备质t欠佳,造成风电场可利用率不高。
采用国产机组的风电场,其机组可利用率明显低于采用国际先进品牌的机组,粗略估算整体上要低796左右。
在2007、2008年两年间,一些风电场业主受到国产设备交货不按时、不配套,机组调试时间长,调试出来的机组通不过运行考核,风力机和风电场项目不能按时投产的困扰。
投入运行的国产机组也曾多次出现大的质量和技术故障,如轮毅裂纹,主轴问题,轴承问题,齿轮箱故障,电机故障等。
(2)风电制造企业之间面临激烈竞争。
根据2009年10月底的统计,国内风电整机制造企业已经超过82家。
风电整机产能的扩大虽然缓解了近两年我国风电机组供不应求的局面,但也预示着我国风电整机制造企业之间白热化竞争的来临。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 引进 技术 战略 分析