MW海上风电机组的汇总.docx
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MW海上风电机组的汇总
.-MW海上风电机组的汇总
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海上风电机组的概念设计
目前，海上风力发电机组的主流机型是2.3～5MW双馈或半直驱机型，已交付或已有订单的机型主要如下表所示：
公司名称
机组型号
已交付使用
正在安装
已有订单
丹麦vestas
V90/3MW
257台
260台（含V112）
西门子公司
SWT-2.3
311台
90台
西门子公司
SWT-3.6
151台
593台
德国REpower
5M
8台
351台
德国Multibrid
M5000
27台
245台
德国Enercon
E-126/6MW
8台
GE公司
GE3.6sl
7台
130台
华锐公司
3MW
34台
德国BARD
VM5MW
5台
80台
德国Nordex
2MW
8台
德国Nordex
2.5MW
11台
芬兰WinWind
3MW
10台
由上表可见丹麦vestas的V90/3MW，西门子公司的SWT-3.6，德国REpower的5M，德国Multibrid的M5000，GE公司的GE3.6sl和德国BARD公司的VM5MW机组被市场认可，由此可见3MW以上风电机组是最近几年海上风力发电机组的主力机型。
V90/3MW机组是vestas在2002年5月开始试制的，右图为V90/3MW的示意图。
V90/3MW机组是首台采用紧凑型结构的风力发电机组，可以认为是取消了低速轴。
2009年9月vestas又研制出了V112-3.0MW离岸型风力发电机组，这是V90-3.0MW的改进型，其安全等级为IECS，适于在平均风速9.5m/s的海上使用，这种机组采用三级增速齿轮箱，永磁同步发电机，短低速轴。
该机型应该是维斯塔斯准备大批量生产的产品，下图为V112-3.0MW的外形图。
V112-3.0MW机组计划安装在英国沃尔尼第二海上风力发电场，2011年年底交付使用。
V112-3.0MW技术参数如下表所示：
序号
部件
单位
数值
1
机组数据
1.1
制造厂家/型号
V112－3.0MW
1.2
额定功率
kW
3000
1.3
轮毂高度（推荐方案）
m
84.94/119
1.4
切入风速
m/s
3
1.5
额定风速
m/s
12
1.6
切出风速（10分钟平均值）
m/s
25
1.7
极端（生存）风速（3秒最大值）
m/s
59.5（IEC
A）52.5（IEC
A）
1.8
预期寿命
y
20
2
风轮
2.1
叶片生产商
2.2
叶片型号
（54.6m）
2.3
风轮扫掠面积
m2
9852
2.4
功率调节方式
变桨距
2.5
转轮直径
m
119
2.6
根部弦长
m
4
3
发电机
MW
3永磁同步发电机
4
变速箱
三级行星齿轮传动/斜齿轮
其内部结构如下图所示：
西门子公司的SWT-3.6-107是海上和陆上两用型机组，SWT-3.6-107技术参数如下表所示：
序号
部件
单位
数值
1
机组数据
1.1
制造厂家/型号
SWT-3.6-107
1.2
额定功率
kW
3600
1.3
轮毂高度（推荐方案）
m
80
1.4
切入风速
m/s
3～5
1.5
额定风速
m/s
13～14
1.6
切出风速（10分钟平均值）
m/s
25
1.7
极端（生存）风速（3秒最大值）
m/s
50（标准型）70（加强型）
1.8
预期寿命
y
20
2
风轮
2.1
叶片生产商
SiemensWindPowerA/S
2.2
叶片型号
B52（52m）
2.3
叶片材料
GRE（增强型玻璃纤维环氧树脂）
2.4
叶片端线速度
m/s
60.4～80.6
2.5
风轮扫掠面积
m2
9,000
2.6
风轮转速
rpm
5～13
2.7
功率调节方式
变桨距
2.8
转轮直径
m
107
2.9
风轮倾角
度
6°
2.10
根部弦长
m
4.2
2.11
叶形
NACA63.xxx,FFAxxx
2.12
光泽
亚光面，＜30、ISO2813
2.13
颜色
暗灰色，RAL7035
3
齿轮箱
3.1
制造厂家/型号
WinergyAG/PZAB3540
3.2
齿轮级数
3级行星
3.3
齿轮传动比率
1：
119
3.4
润滑油容量
L
750
3.5
与发电机的连接
柔性轴连接
4
发电机
4.1
制造厂家/类型
异步AMB506L4A
4.2
额定功率
3600
4.3
额定电压
V
690
4.4
额定转数及转数范围
R/min
1500
4.5
绝缘等级
F/F
4.6
防护等级
IP54
4.7
冷却方式
综合热交换器
5
制动系统
5.1
主制动系统
叶片全翼展变桨距
5.2
第二制动系统
高速轴液压盘式制动器
6
偏航系统
6.1
控制方式
主动对风
6.2
偏航驱动
6个电动减速齿轮
6.3
偏航制动
主动磨擦和6个电动减速齿轮
6.4
远程控制
WebWPS SCADA系统
7
控制系统
7.1
型号/设计
KKWTC3/微处理机
8
重量
8.1
机舱
t
125
8.2
风轮
t
95
下图为SWT-3.6-107结构示意图：
图中1－整流罩，2－整流罩托板，3－桨叶，4－变桨轴承，5－轮毂，6－主轴承，7－主轴，8－齿轮箱，9－起重轨道，10－制动器，11－联轴器，12－发电机，13－偏航减速电机，14－塔架，15－偏航轴承，16－齿轮润滑油过滤器，17－冷却装置，18－机舱罩。
德国REpower公司的5M海上风力发电机组是2004年开发的，其核心技术是能在强风区或弱风区、平原或山脉、陆上或海上都能可靠地工作，LMGlasfiber公司参与了此机组的研制工作。
下图为5M机组的照片。
5M机组的主要技术参数如下表所示：
序号
部件
单位
数值
1
机组数据
1.1
制造厂家/型号
5M
1.2
额定功率
kW
5000
1.3
轮毂高度（推荐方案）
m
陆上风机117米，海上约为85-95米（取决于现场条件）
1.4
切入风速
m/s
3.5
1.5
额定风速
m/s
13
1.6
切出风速（10分钟平均值）
m/s
陆上25.0、海上30.0
1.7
极端（生存）风速（3秒最大值）
m/s
IECIb或德国船级社海上I级风场要求
1.8
风带
达到DIBt3
1.9
预期寿命
y
20
2
风轮
2.1
叶片生产商
玻璃钢增强型纤维塑料（GFRP）外壳，预弯曲型
2.2
叶片型号
（61.5m）
2.3
风轮扫掠面积
m2
12,469
2.4
功率调节方式
电动独立变桨距
2.5
转轮直径
m
126
2.6
转速范围
rpm
6.9～12.1（+15.0%）
3
偏航系统
3.1
类型
外齿型四点轴承
3.2
驱动系统
装有多个刹车盘的齿轮电机
3.3
制动
液压盘式制动
4
齿轮箱
4.1
类型
2级行星（斜齿齿轮）加1级平行齿轮
4.2
增速比
约为97
5
发电机
5.1
发电机类型
6极双馈异步电机
5.2
额定功率
5,000kW
5.3
转子额定电压
660V
5.4
定子额定电压
950V
5.5
额定转速
rpm
670–1,170（+15.0%）
5.6
发电机防护级别
IP54
5.7
变流器类型
脉冲调制式IGBT
6
基础
6.1
陆上风机
加固混凝土地基，取决于现场条件
6.2
海上风机
建造符合现场实际条件
7
安全系统
7.1
温度和速度
嵌入式冗余温度和速度传感器
7.2
雷电保护
全集成
7.3
电缆
铠装
7.4
防火系统
自动
7.5
制动系统
液压盘式制动加全翼展气动
德国Multibrid的M5000机组，也是5MW机组，这种机组为半直驱式，这一设计综合了传统三级齿轮箱结构和直驱式技术的优点，即取消主轴，采用一级齿轮箱连接低转速永磁同步发电机，并且通过集成化设计，大大降低了机舱重量和尺寸，其主要技术特性如下：
1.采用一级齿轮箱（传动比为1：
9.92）和水冷式永磁同步发电机（最大转速为147rpm，出口电压3000V）。
与5M风机相比，大大地简化了传动系统结构，尺寸仅为5M的十分之一。
2.备用的数据采集设备减少了因这些设备的故障而导致的系统停机；传感器系统可提供维护预警。
3.良好的机舱密闭设计和空气过滤器使风机能够承受恶劣气候条件（如盐雾和潮湿空气侵蚀）的影响，适应于海上环境条件。
4.紧凑型设计使M5000风机相比于同级别特大型风机具有较轻的机舱和轮毂重量，便于运输和安装。
M5000的机舱总重量（包括轮毂和叶片）大约310吨，而Repower5M为420吨，EnerconE-126则达到530吨。
当然，紧凑型设计同时也带来部件维修的困难。
5.采用碳纤维结构的叶片，降低重量。
6.四象限的全容量变流器改善了电能质量，功率因数调节范围为0.9（感性）－0.9（容性）。
2005年法国Atlanticcoast海上风电场选用了其产品，这21台风机在2010年投入运行。
M5000机组的主要技术参数如下表所示：
序号
部件
单位
数值
1
机组数据
1.1
制造厂家/型号
M5000
1.2
额定功率
kW
5000
1.3
切入风速
m/s
4
1.4
额定风速
m/s
14
1.5
切出风速（10分钟平均值）
m/s
25.0
1.6
极端（生存）风速（1秒最大值）
m/s
35
1.7
极端（生存）风速（10分钟最大值）
m/s
25
1.8
预期寿命
y
20
2
风轮
2.1
叶片生产商
EuRos
2.2
叶片型号
（56.5m）
2.3
风轮扫掠面积
m2
10568
2.4
功率调节方式
电动独立变桨距
2.5
转轮直径
m
116
2.6
最小工作转速
rpm
5.9
2.7
额定转速
rpm
14.8
3
偏航系统
3.1
类型
外齿型四点轴承
3.2
驱动系统
装有多个刹车盘的齿轮电机
3.3
制动
液压盘式制动
4
齿轮箱
4.1
类型
一级行星轮齿轮箱
4.2
增速比
9．9234
5
发电机
5.1
发电机类型
永磁同步
5.2
额定功率
5,315kW
5.3
额定电压
3000V
5.4
额定转速
rpm
58．6~146.9（+15.0%）
5.5
发电机防护级别
IP54
5.6
冷却方式
水冷却
5.7
变流器类型
4象限、GTO变流
6
重量
6.1
叶片重量（含法兰）
kg
16500
6.2
轮毂
kg
58200
6.3
机舱（不含叶片、轮毂）
kg
194090
M5000机组的结构图示于下图。
其传动链是安装转子叶轮的双排园锥滚动轴承，一级行星齿轮箱和永磁同步发电机。
主轴承由法兰盘直接连接在齿轮箱的输入轴端，齿轮箱和发电机的外径完全相同，并且由同心法兰连接，这样减小了轴线不重合的风险。
这种传动链包括风轮在内仅有5个滚动轴承，齿轮箱输出端的最大转速为148rpm。
M5000风电机组的基本特点和传动链设计的直接效果是叶轮与机舱的总重量很小，仅有310t，与其它有很大机舱质量的风轮机相比（如REnower5MW风轮机近400t），可显著减少塔架、基础与安装的费用。
为了适应近海的环境条件，M5000风电机组安装了空气净化系统，将盐粒子分离，并且塔架与机舱内建立较低的正压以阻止腐蚀性大气的进入，形成纯净的空气。
在机舱下部装有4个空气—水—热交换器，由通风机促使空气流通，空气从机舱外壳与塔架之间流出。
在水循环回路有发电机的定子和空气—水—热交换器以及齿轮箱的油—水—热交换器，有两台并联的泵单元工作，通过可单个接通的泵与通风机适应工作与环境条件，对水箱环回路的温度与压力进行连续监测。
水冷发电机由阿尔斯通公司制造。
GE公司在2007年推出GE3.6sl样机，2009年又对其进行了改进，这种GE3.6sl系列机组强调最合适重量及较低成本，其风轮直径是111m，风轮重83吨，机舱重185吨。
机组配置了独特的“Wind VAR”电子控制装置，可用于海上或内陆风电场。
该机组的主要技术指标如下表所示：
序号
部件
单位
数值
1
机组数据
1.1
制造厂家/型号
GE3.6sl
1.2
额定功率
kW
3600
1.3
切入风速
m/s
3.5
1.4
额定风速
m/s
14
1.5
切出风速（10分钟平均值）
m/s
27
1.6
安全等级
IECS
2
风轮
2.1
制造厂家
GFK,Epoxydharz
2.2
风轮扫掠面积
m2
9677
2.3
功率调节方式
变桨距
2.4
转轮直径
m
111
2.5
转速范围
rpm
8.5～15.3
GE公司3.6MW机组示意图
图中1－海上舱，2－起重轨道，3－发电机热交换器，4－控制柜，5－发电机，6－齿轮润滑油冷却装置，7－联轴器，8－制动器，9－机座，10－噪声消除装置，11－齿轮箱，12－主轴锁止装置，13－偏航减速电机，14－低速轴，15－轴承座，16－轮毂，17－变桨减速电机，18－整流罩。
华锐风电科技有限公司在2008年开始与奥地利Windtec公司合作研制3MW机组，现有的3MW全部机型均采用为大连天元电机公司研制的水冷双馈异步发电机，中复连众为其提供了部分叶片，叶片长度为44m，叶轮直径90米，轮毂高度90米、整机是在江苏盐城基地装配，其特点是采用了大部件单元自维修系统，能够利用机舱内的起重设备自行拆装齿轮箱和发电机等。
以下为该公司3MW机组的照片。
德国BARD公司是由俄国石油天然气投资商ThomasBekke以私人资本注册在德国的风电机生产企业。
2007年该公司开始研制"BARDVM"机组，这是专门为海洋风电场设计的5MW级风电机组，它是由Rendsburg的AerodynEnergiesysteme公司设计的。
“BARDV”的机舱重约280吨，叶片旋转轴由双排球轴承座支撑，连同变速箱一起安装在整体铸造的流线型机壳上。
叶片采用传统的三片构造，风轮直径122米，轮毂中心高150米。
“BARDVM”在微风条件下就可以达到5MW的额定功率，而且在暴风的情况下，也可以智能的控制叶片，以最大限度的利用风力同时防止过载烧毁电机。
第一台试验用VM的所有传动设备由Voerde/FriedrichsfeldamNiederhein的Winergy公司制造。
Winergy是世界上制造风电机传动设备、变速箱的最大的公司。
在支撑塔和机舱之间，有5个方位调节装置（偏航器），它们会不断的调节风电机的方位，使它始终面对风向。
风电机的效率也是可以通过偏航器的角度来调节的。
除此之外，叶片的调节系统是由蓄电池驱动的，可以在没有外接电源的情况下调整叶片的角度和方位。
发电机采用的是在兆瓦级发电机中常见的双馈异步发电机，变频器和变压器被模块化的整合到一起形成一个系统，以减少运行中的出错概率。
这种设计结构可以最大限度的延长风电机的工作时间并方便维修维护。
叶片由西格里集团SGLRotecGmbH&Co.KG提供，与巴斯夫（BASF）公司合作使用RELIUS涂层保护风机叶片。
BARD申请了两个海洋风电场项目并获得了批准。
2008年秋季，在Wilhelmshaven附近的风力发电场5台机组并网发电，2009年80台机组开始在博尔库姆岛西北方大约100公里的北海上进行安装，预计到2010年才能安装完成。
下图示出这种机型的照片。
德国Nordex公司现已开发N90（2.5MW）海上风力发电机组，并于2006年2月安装在德国距离海岸500m处的海面上。
并已经开始了3～5MW海上风电机组的开发，样机将于2010年面世。
挪威ScanWind公司2003年就开发成功3MW直驱式风力发电机组，并与西门子公司合作研制低速永磁发电机，将其安装在挪威Nærøy的海边上，此后不断改进到2009年已经有15台3MW～3.5MW的直驱式风力发电机组并网发电。
其产品特点就是可靠性高，据称其每年只需要维护一次。
右图为这种直驱式风力发电机组的照片。
这种直驱机组的低速永磁发电机的技术方案是由芬兰TheSwitch公司提出，西门子公司制造的。
该公司的另一种最新的概念设计是采用无级变速齿轮箱和外转子同步发电机，将主轴、主轴承、齿轮箱和机械制动系统组合成一体，发电机与风力机共用一个轴承，以减轻直驱式发电机的重量。
这样的组合式机组结构简洁，具有较高的稳定性。
这种机组将可以直接并网发电，不再需要变流装置，且有电能储存功能。
德国EnerconGmbH公司2007年以后重点开发海上型风力发电机组，2007年在Enden港口附近首次安装了E-126/6MW海上机组的样机，2009年初又在位于Cuxhaven附近的DEWI-OCC海上试验风电场安装了8台E-126/6MW机组，但是，这种体积笼大的直驱式机组并没有得到市场的认同。
2009年9月29日湘电股份以1000万欧元（人民币9671.50万元）的价格收购原荷兰达尔文（Darwind）公司的资产。
达尔文公司成立于2005年，其主要产品为DarwindDD115型5MW直驱式永磁海上风机的设计，湘电股份此次出手收购达尔文公司资产，最为看重的应该就是该公司的海上风机的设计技术。
这种风力发电机组的主要技术参数：
风轮直径115m，额定转速18r/min，轮毂中心高100m，额定启动风速4m/s，额定风速12m/s，切出风速达到25m/s，50年一遇极限风速为108m/s。
机舱与风轮总重约265吨，效率95.5%。
2008年7月，西门子也曾经开发了一种3.6MW的直驱机组，但这种机型却迟迟没有投入批量生产，究其原因可能与海上基础和安装有关。
由此可见体积过大的直驱式机组是不太适合海上，最多只能安装在海边上。
2008年11月中国东方电气集团公司下属的东方电机有限公司投资成立东方电气新能源设备（杭州）有限公司，东方电机与芬兰TheSwitch公司、英国GH公司合作开发的首台1.5MW直驱式风力发电机样机组已在2009年9月完成形式试验，并将在2009年11月在内蒙古乌吉尔风场完成机组安装调试。
其中永磁发电机是由东方电气新能源设备（杭州）有限公司在杭州自行生产的，这种电机是采用外转子结构，为空－水密闭自循环冷却系统。
定子上有4个风机，水路不进入电机内部，冷水先冷却变流器，形成次热水，再到达电机，通过空－水冷却器与电机热空气交换，带走电机热量，形成高温水。
此外，一种由芬兰TheSwitch公司提供的一体化直驱式发电机的外转子已经运抵杭州，现正在进行评估中。
2010年1月与芬兰Moventas公司合作3MW研制半直驱机组，芬兰Moventas公司为风力发电机组提供增速齿轮箱，其增速比为1：
29.5，为两级行星齿轮增速。
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