风电机组主流技术市场发展分析

　　从齿轮箱看：直驱机组不采用齿轮箱，风轮直接带动发电机转子旋转，省去齿轮箱可以减少其机械故障，但风轮与发电机直接连接会增加叶片的冲击载荷，并且将其直接传递到发电机上，增加了发电机出故障的可能性。双馈机组采用齿轮箱将风轮转速升高，提高了发电机的效率，而齿轮箱技术从上世纪90年代起已经发展的非常成熟，其故障率已经逐渐降低。
　　运维情况与故障维修
　　从低风速下的运行情况看，直驱式风机没有运行转速下限的限制，而双馈式风机存在着运行转速的下限，所以从原理上来讲直驱式风机的切入风速可以更低。但是，直驱式风机所使用的全功率变频器存在较高的功率损耗问题，由于全功率变频器的容量是双馈风机中变频器的3倍左右，变频器的功率器件和冷却等设备所消耗功率也要大很多。同时，风电机组可以吸收的风能与风速的三次方成正比，所以在低的切入风速的情况下可利用的风能非常有限。综合考虑以上两个方面，在低风速下双馈式风机和直驱式风机的实际发电功率是旗鼓相当的。
　　从故障维修方面看，直驱技术由于没有齿轮箱会减少相应的故障率，但是直驱技术也并非没有短处，发电机散热与机头载荷，就是困扰直驱技术的两大问题。由于直驱机组必须通过空气流过转子和定子之间的间隙来进行冷却，空气中含有的带电粒子、灰尘等会在永磁场的作用下附着在永磁体的表面，造成风机磁隙发生变化，从而影响机组性能，由于存在强磁场，附着后的带电粒子和灰尘很难去除。此外，直驱机组虽然省去了“齿轮箱”，却增加了其机头载荷，机身更大，用钢材更多。机头重量过重容易使机舱、轮毂的联合处磨损。而且由于存在强的永磁场，在机组上进行维修几乎不可能，金属工具在机组上也很难运作，一旦发生故障就要将整个机舱运回车间维修，而在海上项目中一旦发生故障则需将整个机舱拆下，拆卸和安装成本巨大。而双馈机型可以对齿轮箱、发电机等部件单独维修，其维护难度和维护成本要远远低于直驱机型。
　　未来几年内双馈和直驱两种技术的发展趋势
　　现阶段双馈技术经过多年发展，技术已相对成熟，机组运行状态稳定，市场认可度较高；相对而言永磁同步（直驱、半直驱为代表）技术近几年虽得到一定的发展，但是在以下几方面仍较双馈技术有所不足：
　　（1）发电量：永磁同步技术其机组转速范围较宽，在低风速下发电量有一定优势，但其全功率变频的特点导致随风速提高，其发电量优势将因变频器损耗迅速增大而减小。理论计算的发电量比较两者相近，双馈技术略优于永磁同步技术。
　　（2）成本：永磁同步技术虽然降低或省去了齿轮箱成本，但其发电机和全功率变频器均较双馈技术更加昂贵。
　　（3）电能质量：永磁同步技术所采用的全功率变频系统的谐波含量非常高（基本超过5%），必须使用谐波滤波器。而双馈机组中的谐波含量可控制在较低水平。
　　（4）机组安全：电网故障时双馈系统可提供更高的电流能力，更有利于启动过电流保护及故障清除；全功率变频系统其电流能力基本被限制在2倍额定电流。
　　（5）退磁问题：永磁同步技术其发电机存在退磁隐患，尚无明确更换方案。Enercon公司发电机仍采用损耗大的电励磁方式。
　　（6）海上装机：直驱机组往往采用利用定转子间气隙以自然通风的方式对发电机进行冷却，当安装到海上风场时，发电机作为核心部件会直接与腐蚀性空气接触，防腐问题极难解决。且出现问题维修更换耗资巨大。现在海上风场尚无安装大型直驱风电机组的先例。