為了追求風能的最大化利用,變槳技術得到發(fā)展,并在電力電子技術的幫助下使機組實現(xiàn)了“變速”運行,從而提高了機組的年發(fā)電量(AEP)。同時,先進的電力電子技術的應用極大地改善了風力發(fā)電系統(tǒng)的運行和控制性能,提升了電網(wǎng)中風電的穿透率。于是,水平軸機組從第一代“定槳距恒速恒頻”機組過度到了第二代“變槳距變速恒頻”機組。目前新增的機組幾乎都屬于第二代。
2. “雙饋”與“直驅(qū)”的較量
雙饋機組,采用增速齒輪箱與繞線式轉(zhuǎn)子異步發(fā)電機,其變流器的容量約占發(fā)電機功率的30%-40%,因此也叫部分功率變流機組。由于技術成熟度高、成本低,目前雙饋機組的市場占有率最大,且在未來若干年里仍將占據(jù)市場主流地位。但是,隨著機組單機容量的增大,齒輪箱高速級傳動部件的故障問題日益突出,加之目前雙饋異步發(fā)電機存在集電環(huán)碳刷磨損問題,需要定期維護,在海上風電應用中顯現(xiàn)出劣勢。因此,不帶齒輪箱和集電環(huán)的直驅(qū)機組技術得到了快速發(fā)展。
直驅(qū)機組,采用低速永磁或電勵磁同步發(fā)電機和全功率變流器,發(fā)電機的輸入端直接與機組主軸和輪轂相連, 簡化了機艙結構, 消除了增速齒輪箱和集電環(huán)的故障風險,減少了維護。但是,直驅(qū)機組低功率密度設計造成體積和重量的大幅增加,運輸?shù)跹b困難,使得發(fā)電機的吊裝維護成本很高。隨著機組單機容量的增大,直驅(qū)機組成本和重量上升特別快,且同步發(fā)電機的氣隙非常小,控制難度相當高。
根據(jù)2012 年全國風電設備運行質(zhì)量調(diào)查對在運機組的統(tǒng)計,與2011 年相比,雙饋機組的比例在降低,而直驅(qū)機組的比例在增加,其他機組的比例略有增加(如圖3所示)。另外,由于技術的逐漸成熟,雙饋機組的故障率明顯降低,與直驅(qū)機組的故障率水平相當,而直驅(qū)機組的故障率卻略有升高(如圖4 所示)。

一般地,直驅(qū)機組的采購成本比雙饋機組高。但是,在目前的海上風電建設中,機組成本占項目總成本的比重比陸上風電低很多。因此,若從全壽命周期的運維成本考慮,直驅(qū)比雙饋將更適合于海上風電。
但到目前為止,雙饋與直驅(qū)都各有優(yōu)缺點。由于所站的立場不同,行業(yè)內(nèi)各方的觀點沒法完全統(tǒng)一,加之缺乏相關統(tǒng)計數(shù)據(jù),很難準確且定量地對兩者的優(yōu)勢進行全面而公正的對比分析。但可以肯定的是,機組技術的成熟性、質(zhì)量的穩(wěn)定性和可靠性、及時且低成本的維修與維護將是市場選擇最重要的標準。