25、大型风力涡轮机和风力发电厂的电力电子与控制

大型风力涡轮机和风力发电厂的电力电子与控制

1. 风力发电技术的发展与现状

风力能源在过去几十年里正迅速融入电力系统。截至2016年，风力发电的装机容量已超过360GW。在过去40年中，风力发电技术取得了飞速发展，尤其是在风力涡轮机设计、塔架建造、发电机和电力电子技术等方面，这些技术的进步也使得风力发电能够更好地接入本地和国家电网。

自1980年以来，风力涡轮机的功率额定值一直在稳步增加，主要目的是降低能源成本。2014年，首批8MW的大型风力涡轮机安装并投入使用。从经济角度来看，由于技术的不断发展，陆上风力发电厂的平准化电力成本预计将继续下降，在一些地区（如德国），其成本已经与燃煤发电厂相当。

2. 风力涡轮机系统的组成与成本

风力涡轮机系统是一个复杂的系统，包含数千个组件，主要子系统有塔架、转子叶片和轮毂、带或不带齿轮箱的机械传动系统，以及带有发电机的电力转换系统。

以下是最先进的多兆瓦风力涡轮机（采用双馈感应发电机）的典型成本分解：
| 组件 | 成本百分比 | 注释 |
| — | — | — |
| 塔架 | 26% | 由轧制钢材或混凝土分段制造，典型高度为100m |
| 转子叶片 | 22% | 由复合材料制成，添加碳纤维以增强机械强度，每个叶片通常长于60m |
| 转子轮毂 | 1% | 由铁整体铸造而成 |
| 转子轴承 | 1% | 设计用于承受显著且可变的径向和轴向载荷 |
| 主轴 | 2% | 将风力涡轮机转子的机械功率传递到齿轮箱 |
| 主框架 | 3% | 由钢制成，必须设计为低重量和高机械强度 |
| 齿轮箱