海上风机发展趋势分析

1 海上风电机组的发展历程

在90年代，Bonus的450kW和Vestas的500kW、550kW、600kW风电机组曾经在早期的近海风电场应用，2000年以后就没有安装过2MW以下的海上风电机组。

2001年以后，Vestas公司的2MW和3MW双馈式海上风电机组在欧洲海上风电场大批量应用，是经受住考验的成熟机型。Vestas公司的海上风电机组装机容量约占全球海上风电机组的35%左右；同样，西门子公司的2.3MW和3.6MW（高速齿轮箱+异步感应式发电机+全功率变流器）海上风电机组也连续十一年在海上风电场大批量应用，是经受住考验的成熟机型，也是目前海上风电场的主流机型。西门子公司的海上风电机组装机容量约占全球海上风电机组的50%以上。

2008年以后，德国Repower公司研制的5MW双馈式异步风电机组已经成功应用于海上风电场，是传统双馈式风电机组大型化的典范。目前在爱尔兰、比利时和德国海上风电场安装运行。该机组风轮直径126米，轮毂高度120米，额定功率5MW,已经安装使用39台。在其基础上扩容的REpower

6M也已经安装了3台。

近年来，德国BARD公司推出了5MW海上风电机组，风轮直径122米，机舱部分重达425吨，叶片长度为60米，28.5吨。由德国Areodyn公司设计，属于双馈式风电机组大型化的又一个范例。轮毂重量(包括轴承座和其他附加设备) 70吨。机舱(包括发电机，但不包括叶片和轮毂) 280吨。

德国 BARD 公司5MW 海上风电机组已经在海上风电场安装18 台，共 90MW；法-德合资的 Areva Multibrid半直驱型5MW风电机组也已在海上风电场投入运行，安装数量超过10台。该机组额定功率: 5 MW；风轮直径:116m。机组采用集成化设计：将风力机的主轴、齿轮箱、高速轴和发电机集成在一起，以减少重量，从而降低成本。传动链为：风轮+单级齿轮箱（1：9.92)+多级永磁发电机。系统采用折中方案，兼顾了双馈式风电机组和直驱式风电机组的优点，折中考虑了性能与价格的关系。

此外，2003年GEwind公司的3.6MW双馈式海上风电机组也已在海上风电场投入运行，安装数量7台；芬兰Winwind公司生产的3MW半直驱海上风电机组也于2009年在海上风电场投入运行，安装数量10台。但是后来这两个产品都没有继续进入海上风电场，说明它们的性能还不能适应海上风电场的恶劣环境。

2010年以后，中国华锐公司生产的3MW半直驱海上风电机组也已在海上风电场投入运行，目前 在海上风电场的安装数量超过50台。

2011年，中国上海电气风能公司生产的3.6 MW海上风电机组也有一台在海上风电场投入运行，效果良好。

表1、各国海上风电机组在市场中的累计装机容量及所占比例

国家 英国 丹麦 荷兰 中国 209.9 德国 198.3 比利时 瑞典 195 爱尔兰 挪威 葡萄 牙 2.3 2 累计装 2107.6 835.85 246.8 机容量 （MW） 比 例 52.87 20.97 6.19 （%）

163.65 25.2 5.27 4.97 4.89 4.11 0.63 0.06 0.05

表2、各种2MW以上海上风电机组在市场中的比例

序号 产品型号 2011年安装容量 2011年市场份额 2011年累计安2011年底累计市 （MW） 1 西门子2.3MW 48.3 (%) 10.28 装容量(MW) 场份额 814.2 20.42 2 西门子3.6MW 180 38.31 1173.6 29.44 3 Vestas2MW 2 0.43 416 10.43 4 Vestas3MW 0 0 954 23.93 5 Repower5MW 150 31.92 210 5.27 6 Areva(Multibrid 0 0 30 0.75 )5MW 7 Bard公司5MW 30 6.38 90 2.26 8 中国华锐3MW 51 10.85 153 4.7

9 Winwind公司3MW 0 0 30 0.75 10 上海电气3.6MW 3.6 0.77 3,6 0.09 从表2看出：西门子、Vestas和Repower三家公司的产品占2011年底全球累计海上风电市场份 额的89.5%;占2011年全球新增海上风电市场份额的81%。Repower5MW占2011年全球新增海上风电市场份额的31.92%,仅次于西门子3.6MW（38.31%）。表明目前5MW以上大功率海上风电机组有明显增长的趋势。

2 欧美重点企业新研制海上大功率风电机组的技术特点； 2.1丹麦Vestas公司的海上风电机组；

面向未来，该公司正在研制164-7.0MWVestas7MW半直驱新型海上风电机组。该机组采用了一个中速齿轮箱、永磁发动机和全功率变流器。随着164-7.0MW Vestas 引进设计选择将推动业主的海上风电收益率到一个新的水平。该机组能量捕获的最大化，不仅是因为有164米直径的巨大风轮，还因为优化了风轮与发电机的比例。由于采用较少数量的大型风力机而减少了运行和管理的成本。减少了投资风险的规模，因为较少数量的风力机也意味着较少的基础和电缆。由于164-7.0MWVestas 的结构设计寿命是25年，产业标准突出，因而使投资商的投资回报实现最大化。这会给业主一个更长的发电期限，并增加业主的商业效益。设计理念是：可靠性高、可预测、保障寿命期性能。尽可能减少维修次数，需要维修时，要做到安全、快捷和低成本。 2.2德国西门子公司的海上风电机组；

作为世界海上风电领域的领军者，西门子2010年在上海建立了风机叶片制造基地，2011年赢得中国首个海上风电订单，同年10月，西门子风力发电集团亚太区总部落户上海。西门子将为中国带来先进的风电机组技术、国际化项目管理以及海上风电领域的运行经验。

面向未来，该公司正在研制SWT-6.0-154直驱式新型海上风电机组。该机组风轮直径154米，风轮轴后倾6o。机组额定功率为6MW,风轮直接驱动永磁发电机，结构紧凑，塔架上部重量为仅360 吨。该机组主要特点如下：

1)量子（力学）叶片独特的设计和制造程序，采用一体化叶片，为获得最大的强度，实行一体化浇

注。为中高速风况优化气动特性，为更高的输出能量而增长了叶片长度。为使根部泄漏最小化并增

加升力而设计了叶片根部

2）直驱发电机永磁设计。全封闭、容易接近、轻重量设计；在可靠性和效率之间优化设计。与带齿

轮箱的风

电机组比，整机零件数量减少50%

3）机舱坚固轻重量结构。进行了宽敞、人体工程学设计，并具有最大的服务能力。

4）冷却系统设计了简单、坚固流畅连接的水冷系统；顶部安装的被动冷却散热器，高效的两级冷却

保证良 好的效果。

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2.3西班牙Gamesa公司的G128型4.5MW海上风电机组;

西班牙Gamesa公司研制出风轮直径128米、轮毂高度120米的

G128型4.5MW高速传动永磁风电机组，机头重量250吨，属于半直驱永磁风电机组大型化的一个范例，该机组采用两段式（碳纤维）叶片；混合式塔筒（混凝土＋钢），减少投资；内置吊车，便于安装和拆卸部件；该机组采用一个两级传动的行星齿轮箱、永磁发电机和全功率变流器：该变流器由 6个并联的770kW变流器（IGBT）组成，提高了可靠性。该机组已有两台安装到现场。

2.4美国GE公司的海上风电机组;

美国GE公司研制的GE4.1-113型直驱式海上风电机组，风轮直径113米，额定功率4.1MW,采用永磁发动机，是美国GE风能公司首次研制的大型直驱式海上风电机组。 2.5德国Enercon公司的7MW直驱励磁风电机组

德国Enercon公司安装在比利时11台新一代E-126直驱风电机组,风轮直径127米，采用了1600 吨的履带吊安装。单机容量为7MW；采用2段式叶片，便于运输和现场组装；轮毂高度198米，采用混合式塔筒－钢制顶段，其余由混凝土建造，塔底直径为14.5米。该机组采用“蛋形”机舱；新型叶片设计，与机舱罩和导流罩有机融合，使气流均匀地通过机舱，减少湍流和扰流，提高发电量；叶片采用了“小翼”叶尖，可以在风轮平面内抑制生成扰流和旋涡，从而降低噪声，提高发电量；叶片法兰直径大，采用双列螺栓连接。该机组采用励磁发电机，是德国Enercon公司近年来研制的最大型直驱式风电机组。6MW直驱励磁风电机组已经安装3台，其前身6MW直驱励磁风电机组已经安装9台，总安装两量为11台。

但是，到目前为止，这种机型还没有在海上风电场安装。 2.6远景能源拟开发两叶片3.6MW直驱永磁海上风电机组

远景能源公司正在设计E128型3.6MW双叶片风轮直驱式海上风电机组。风轮直径128米，由两个叶片组成。叶片总长度为62米，叶片由根部定桨距部分和叶身变桨距部分两部分组成，号称部分变桨叶片。一部分是根部长度20米的定桨距叶片，一部分是外部长度42米的变桨距叶片。双叶片风轮可通过海上运输船直接整体运输，而且风轮总成可以一次吊装就位，因而节省安装时间和成本。风轮叶片的定桨距部分在25米/秒—30米/秒风速范围内仍可工作。

2.7法国阿尔斯通公司开发了阿尔斯通(Alstom)Haliade150型直驱式海上风电机组，额定功率为 6MW。采用液压冷却的永磁发电机。变流器置于塔架底部空间内。叶片长度为73.5米，没有使用碳纤维，叶片的表面由聚氨酯腹膜覆盖，叶片的迎风边做了抗腐蚀保护性处理。 2.8德国Nordex公司正在研制6MW直驱式海上风电机组

根据德国Nordex公司的计划，风轮直径150米的N150/6000风电机组样机将于2012在陆地上安装，2013 年在海上安装，并于2014 年投入批量生产。 表：3欧美重点企业正在研制的海上大功率风电机组 序号 公司名称 型号 功率（MW） 技术组合 所处研发阶段 1 2 3 4 5 6 7 8 Vestas 西门子 Gamesa GE wind Enercon 远景能源 阿尔斯通 Nordex 164-7.0MW 7 中速齿轮箱+永磁发电机+全 设计研制 功率变流器 直驱永磁式风电机组+全功 样机试验 率变流器 中速齿轮箱+永磁发电机+全 样机试验 功率变流器 直驱永磁式风电机组+全功 样机研制 率变流器 直驱励磁式风电机组+全功 产品试验 率变流器 直驱永磁式风电机组+全功 设计 率变流器 永磁式风电机组+全功率变 设计研制 流器 直驱式风电机组+全功率变 样机制造 流器 SWT-6.0-154 6 G128-4.5MW GE4.1-113 E-126 E-128 Haliade150 N150/6000 4.5 4.1 7 3.6 6 6