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来自风力发电设计挑战 直面以对

导读: 风电是目前中国政府大力倾斜支持的绿色能源之一,西至青海新疆山区几百兆瓦级别的大型风电场,东至上海洋山港东海大桥大型海上风电场,南至深圳和汕头几千瓦级别的小功率风力发电机,中国各地蓬勃发展的风电市场即将为海内外半导体供应商和系统集成商带来一个巨大的发展机遇。

  风电是目前中国政府大力倾斜支持的绿色能源之一,西至青海新疆山区几百兆瓦级别的大型风电场,东至上海洋山港东海大桥大型海上风电场,南至深圳和汕头几千瓦级别的小功率风力发电机,中国各地蓬勃发展的风电市场即将为海内外半导体供应商和系统集成商带来一个巨大的发展机遇。

  中国风能储量很大、分布面广,仅陆地上的风能储量就有约 2.5 亿 KW,开发利用潜力巨大。目前中国已成为继欧洲、美国和印度之后发展风力发电的主要市场之一。中国风力发电行业的发展前景十分广阔,预计未来很长一段时间都将保持高速发展,同时盈利能力也将随着技术的逐渐成熟稳步提升。随着中国风力发电机的国产化和发电的规模化,风电成本可望再降,因此风电开始成为越来越多投资者的淘金之地。风力发电场建设、并网发电、风电设备制造等领域成为投资热点,市场前景十分看好。

  预计中国 2009 年风电行业的利润总额仍将保持高速增长,预计 2010、2011 年增速会稍有回落,但增长速度也将达到 60% 以上。2010 年中国累计风电装机容量有望突破 2000 万 KW,提前实现 2020 年的规划目标。

  英飞凌科技(中国)有限公司家电及工业功率器件市场经理陈子颖表示:“在中国目前的风电市场上,主流风机功率是 1.5 MW 和 2.0 MW,但也正在向更高的功率发展,如 2.5 ~ 3.6 MW功率风机已有商业化运行(上海东海大桥的海上风电功率达到 3.6 MW)。”

  IXYS 公司全球销售副总裁 Bradley Green 也说:“目前安装的 1 ~ 1.5 MW风机将会被改进,或被更新的技术(如 2.5 ~ 4 MW的风机)所替代。这么做的优势是,设计师无需寻找更多的新的风力涡轮发电机安装地点,而可从每个现有风力涡轮发电机安装地点产生更多的电力。”

  由于风能是一种非常不稳定的能源,风机输出的电压、频率和功率都很不稳定,因此不做处理不能直接输入电网。陈子颖表示,以比较容易理解的直驱为例,风机的叶片带动发电机旋转,风力发电机发出的频率往往不到电网频率的一半,因此肯定不能直接挂到电网上,需要用逆变器重新产生一稳频稳压的交流电,而这就需要用到高压大电流的 IGBT 模块。

  一般来说,一个能实现与现有国家电网并网的大型风力发电场通常主要由以下几个部分组成:风力涡轮机、整流器、逆变器、控制器、晶闸管、同步器、防雷装置、变压器、风机管理和风机远程监控系统。

  不过,随着新一代的逆变器能够自动与电网实现同步,因此很多现代风电系统在逆变器之后都不需要再加同步器和晶闸管。例如,陈子颖说:“现在的逆变器本身就是一个可并网的逆变器,其电压、电流和相位都是可控的,因此不再需要同步器和晶闸管。”

  英飞凌工业功率器件市场经理陈子颖说:“现代逆变器本身就是可并网的,因此不再需要同步器和晶闸管。”

  由于风电场一般都建于自然环境极其恶劣的野外,为尽可能地降低维护成本,通常对系统可靠性要求非常高。一般来说,位于最前端的风力涡轮机是影响系统可靠性的最关键设备,它的电机控制系统必须在任何风力情况下保持匀速转动和自动根据风向调整叶片的方位,而且要在风雨雷电沙尘的各种气候条件下长时间保持正常工作状态。目前丹麦的 Vestas 公司是世界风机市场的领先供应商。

  整流器用于将风力涡轮机发出的交流电转换成直流电,以尽可能地降低电能在传输过程中的损失。在靠近电网端,逆变器再将整流器过来的直流电能转变成电网采用的正弦电波,然后通过晶闸管和同步器确保生成的交流电与电网同步并将此正弦波交流电并到电网上。

  逆变器通常由 IGBT 模块、续流二极管、IGBT 栅极驱动器、驱动保护、滤波电容、散热器、隔离器和MCU构成。目前中。国能提供逆变器整机的主要供应商有:深圳安德森电子、上海力友电气、北京绿洲协力新能源、北京怡蔚、广州邮科电源和上海正川。

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