风光发电发展历史与现状,风光技术发展现状分析

预计到 2035 年左右新增风电机组的风轮直径增加到现有水平的 1.5 倍,相同容量的风机发电量增加 2 倍左右,度电成本也可下降到现有成本的 70%。

风光发电发展历史与现状,风光技术发展现状分析

风光发电发展历史与现状

通过回顾过去风电行业成本下降形势,自 2006 年以来,我国陆上风电项目的平均平准化度电成本(Levelized Cost of Energy,LCOE)下降了 70%,海上风电自 2010 至 2021 年下降了 56%,风电 LCOE 下降最主要的贡献来自技术进步带来的发电效率的提升。依托于先进控制技术和材料科学的进步,过去十年风机的风轮直径不断突破,为风电效率提升奠定了良好基础。

根据统计,预计到 2035 年左右新增风电机组的风轮直径增加到现有水平的 1.5 倍,相同容量的风机发电量增加 2 倍左右,即使在风电场造价下降不多的情况下,度电成本也可下降到现有成本的 70%。

1、关键技术发展趋势

随着风电机组技术发展和市场需求变化,风电机组大型化、轻量化、低成本是未来的主要发展方向。同时,需要围绕关键核心技术和关键共性技术继续进行攻关,包括大型化轻量化的叶片、模块化智能化的齿轮箱、IGBT 的国产化规模化应用、风电轴承的国产化等。

根据 GWEC 报告对未来风电技术发展趋势的分析(GWEC, 2023),预计到 2030 年,风电机组单机容量将达到 20 兆瓦左右,2035 年预计达到 27 兆瓦左右,若按照增长曲线测算,到 2050 年将突破 80 兆瓦,但机组单机容量的增长是否存在技术或经济性的“天花板”有一定不确定性。

在风电机组方面,未来至少五年中国风电机组的主流机型仍将继续向大型化发展,轻量化将成为未来该技术路线重点研究内容。半直驱发电机路线兼顾直驱、双馈发电机优势的特点,成为风电机组功率大型化的主力技术路线。

直驱技术受发电机体积、重量限制,无法进行大型化,直驱技术未来发展方向将是分瓣,由整体分为小部分实现轻量化,但继续增大功率将进一步受到制约。双馈、鼠笼技术受齿轮箱限制,单机功率无法进一步增大。

在叶片方面,未来随着风电大型化的发展,叶片的大型化、轻量化、低成本是未来的发展方向。

在叶片设计上,我国如今仍然缺乏对大型化叶片的自主设计技术,未来我国研究机构也将重点开展大型柔性叶片非线性大变形气弹稳定性机理和颤振预测技术、被动降载及振动抑制技术、一体化设计技术等的研究,提高大型风电叶片的性能、可靠性和经济性;

在材料方面,性能更好的材料将得到广泛的应用,发展碳纤维和玻璃纤维拉挤的高效低成本应用技术研究,开发低成本的基体树脂、芯材材料等,通过成型工艺的优化,提高材料的性能,达到减重、降本的目的;

在设计方面,更趋向精细化,减少设计冗余,尤其是通过对制造公差和质量缺陷的测试评估,通过降低设计安全冗余,叶片的部件测试变得越来越重要;

在制造技术方面,高精度工装、自动化设备的应用,保证制造的稳定性,通过精益管理和工艺优化提升生产效率、降低制造成本。

在齿轮箱方面,随着风电大型化发展,未来控制整个传动链的体积和重量变得越来越重要。传动链集成式齿轮箱,体积和重量小,使整个风电机组的综合成本也越有竞争力。此外,模块化、智能化齿轮箱模式是未来风电齿轮箱的发展方向。

在变流器方面,超大功率风电变流器是风电后续发展的必备利器,超大功率变流器的并联、智能化冗余控制、效率提升等,是未来风电变流器的发展方向。

IGBT 是风电变流器重要核心部件,变流器控制系统正朝着主控制器集成化、子系统模块化的趋势发展,需要具有更高的主频和丰富外设的高端控制芯片。

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