风力发电机组的增能新技术

风力发电成本高悬的关键因素是风电机组的成本高达风电场投资的70%以上，这也成为风电无法与火电水电直面竞争、必须引入政府补贴的重要原因之一。

中国专利申请201010571789.8，增能型风力发电机系统，是一种能化很少成本，提高现有同步型风力发电机组的发电量，能从各档风速中获得更多风能的新技术，从而可有效降低风电成本，提高风电的市场竞争力。

在研发风电机组增能技术数年后，目前我们已完成同步风力发电机组的增能技术的产业化。

同步风力发电机组的增能机理是：

在微风中，机组能降低切入风速，提前起始发电，能从微风中得到更多能量。

在中风速阶段，机组靠提高发电机效率增加发电量，获得更多的发电经济利益。

在额定风速和额定以上风速阶段，机组更能靠提高发电机额定功率的优势，提高机组最大的输出功率，获得最大的经济利益。

新技术能将发电机的输出功率提高15%左右，在发电机功率提高的同时，其总损耗（发电机铁损和铜损）却保持不变，这就使发电机的实际效率比未采用本技术改造前的发电机高。也就是说，对发电机而言，本增能技术可能以零成本将原来发电机的额定功率提高15%。

现有风电场中采用的发电机组，主要有异步型和同步型二大类，异步型有二种——功率在1MW以内的是老式的笼型定速机，已处于淘汰过程中；而大部分属于MW级以上的变速型双馈机。有关异步型风力发电机的增能技术正在研发中，本文仅推荐同步型风力发电机的增能技术。

众所周知，大型机中的同步型风电机组的品种比异步型更多更先进，主要是数MW级的直驱机，其中有低速永磁直驱机、低速励磁直驱机和中速半直驱同步机；此外还有带齿轮箱的高速永磁机或高速励磁机、无刷励磁机等多种机型。

能使用本增能技术作技术升级的同步风力发电机组产品有：

德国Enercon公司的E系列励磁直驱机：400kW，600kW，2.5MW，7.5MW等产品。

德国Siemens公司的永磁直驱机：3MW，3.6MW等产品。

瑞典ABB公司的高压永磁直驱发电机产品。

国内产品有：

金风科技的永磁直驱：1.2MW，1.5MW，2MW，2.5MW，3MW，6MW等产品。

湘电风能的永磁直驱：2MW，5MW等产品。

南车风电、南车株洲电机的永磁直驱：2.5MW等产品。

广西银河艾万迪斯的永磁直驱：2.5MW等产品。

华创风能的永磁直驱：1.5MW，2.0MW等产品。

北车风电的高速永磁：1.5MW等产品。

山东长星风电科技的高速无刷励磁：850kW，1.5MW，2.1MW等产品。

山东鲁科风电设备的直驱机：1.5MW直驱风力发电机等产品。

上海万德风力发电的永磁直驱：1.25MW，1.5MW，2MW等产品。

江西麦德风电的永磁直驱：1.5MW等产品。

江西力德风力发电的永磁直驱：1MW、2MW等产品。

国电联合电力的电液/电磁偶合同步发电：1.5MW，3MW等产品。

诺德文德的电液偶合同步发电：800Kw，1.2MW，1.5MW等产品。

明阳风电的SCD紧凑型半直驱中速永磁：双叶3MW等产品。

我国风电场中的同步发电机总功率大约占25~35%，而新建风场占比可能在30~40%。德国新建风场的同步直驱据说已超过50%。

目前我们已可以采用本技术使各种同步型风力发电机组增能。例如，现有风场或用户的同步型风力发电机，都可以采用本技术改造原机组，提高设备的经济收益。企业只需要投入很少的经费就可以实施机组改造，假如以最低改造费用为1，那么改造后由于增加微风中多截获的能量、以及在正常风速中，由于发电机效率的提高所多得到的能量，和额定风速及额定以上风速中由于额定功率提高允许超载等因素，机组每一年中多获得的发电量，其经济收益大约为改造所需费用的50~100倍，也就是说，投入改造资金后平均约在4天至多一星期就能收回全部改造成本。如计算到风机剩余寿命为15年，其经济产出与改造费用投入之比将高达750~1500倍。但是如考虑到已有机组的风轮机、机械系统与变流器设计极限余量不允许超载，额定及以上风速也只能在原有功率限值内运行，投入产出比有可能降低到500倍左右，不过那时发电机效率仍比原有机组高，经本技术改进的新系统仍可获得多发电的经济收益。

对于风机制造企业而言，本技术的经济利益也是非常巨大的。例如以西门子3.6MW永磁直驱机的SWT-3.6-107为例，用本增能技术改进后的西门子3.6MW发电机，相当于升级为4.1MW，增加了500kW额定功率，按欧洲市场较低的风机价格650欧元/kW计算，一台机组增加的销售收益约为32.5万欧元。由于机组额定功率受限制的很大因素在发电机方面，而对叶片、轴系、机械系统及变流器来说增加费用的比例可能不如发电机那么大，所以增能技术对于风电设备制造业的新增成本不太高，而收益却很大，其经济利益也是很可观的。

以国内最大的永磁直驱机制造企业金风科技公司的2.5MW机为例，采用本技术，原有机组的额定功率在增加不多成本的前提下可升为2.9MW机，即使以目前最低售价3850元/kW计算，每台机可以增加销售收入144万元。5MW或6MW机组则升级为5.7MW或6.9MW机组，更可增收每台269万元或346万元。由于机组额定功率受发电机影响很大，但是风轮机、机械系统与变流器升级也还需要一定的成本。但不管怎么说，本技术的可供推广应用面之大、经济利益之大，都是目前国内外任何其他风电技术无可媲美的。

小型机基本上都是永磁同步发电机，也可以采用本技术提高发电能力，获得更多的电能，增加发电收益。

本技术已非常成熟，可向合格的风电企业，包括发电业和制造业的中外企业提供许可证使用授权。