风力发电行业技术水平和特点
思瀚产业研究院    2024-01-02

在全球范围内，主流风电机组单机功率不断加大，风电应用逐渐从陆上向近海、深远海拓展，风电应用场景的转型和发展对常规风电机组技术路线在大功率、低成本、高效率、可靠性等方面提出了更高的要求。

（1）风电机组机型

陆上风电方面，根据中国可再生能源学会风能专业委员会统计，2020 年，主流风电机组单机容量为 2MW 及以上，随着风电平价时代的到来，新增风电项目对风电机组单机容量提出了更高要求。

综合国内新增陆上风电项目风机公开招标信息，2021 年以来，部分新增陆上风电项目逐渐要求中标单机容量达4MW 及以上，中标风电机组中 4MW-5MW 的机型成为主流。2022 年以来，新增陆上风电项目机组单机容量进一步提升，部分陆上风电项目已明确要求中标风机单机容量需达到 5MW-6MW。

目前主流的陆上新增装机机组功率为 4MW、5MW 机型。在大功率风电机组方面，国内主流风电整机厂商纷纷推出了超大型陆上风电机型。从研发情况来看，7MW 及以上陆上机型也大多进入测试验证阶段。

海上风电方面，目前海上新增装机机组单机容量主要位于 8MW-10MW 之间。全球风电发达国家都在致力于海上风电大型化的投入。美国通用电气公司（GE）、西门子歌美飒（SiemensGamesa）等企业正在开发的 14MW-15MW 海上风电机组，预计 2024 年将实现商业化。

近年来国内各整机企业也相继投入大功率机组技术研发，并且面向海上市场推出了 10MW 以上的机型。据全球风能理事会（GWEC）预测，2030 年海上风电机组单机容量可达 20MW，风轮直径达 275 米以上，风电大型化趋势持续凸显。

（2）风电机组结构

风电机组不同技术路线的差异主要集中在核心传动链的设计上，从结构上看，市场主流发电机的技术路线可分为双馈式、半直驱式、直驱式三大类，在单机容量、技术原理以及齿轮转速等方面略有差异，其中永磁半直驱式风机在国内较其他技术路径度电成本相对较低、经济性较好。

风电机组传动链的演变趋势将与主轴轴承的发展趋势密切相关，随着风机向大型化发展，未来采用圆锥滚子主轴轴承的比例可能增加，变桨轴承朝独立变桨方向发展。

（3）风电机组控制系统

风力发电机由多个部分组成，控制系统贯穿每个部分，相当于风力发电系统的神经系统。因此，控制系统的质量直接关系到风力涡轮机的工作状态、发电量和设备的安全。风力发电控制系统的基本目标分为三个层次：确保风力发电机的安全可靠运行，获得最大能量，并提供良好的电能质量。

控制系统组成主要包括主控系统、变流系统、变桨系统、偏航系统等。主要控制内容包括信号的数据采集、处理，变桨控制、转速控制、自动最大功率点跟踪控制、安全保护系统、远程监控等。

随着传感器、数据分析和人工智能等技术的不断进步、社会环保意识的提高以及能源存储、智能电网技术等其他新能源技术可整合性的提升，风电控制系统风电机组控制系统将朝着智能化和数字化、新能源技术整合、环保和可持续性等方向发展。