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关于联合投资德国 Meerwind 海上风电项目 暨关联交易公告

来源:网络整理 作者:采集侠 2016/10/14 08:55

关于德国海上风电发展和5 兆瓦级别风机的情况 此博文包含图片 (2012-03-09 17:08:06)转载▼

标签: 杂谈 分类: 风力发电

一、海上风电在欧洲的发展的历史和大环境

风电在欧洲,特别是在发展风力发电比较早、产业规模比较大的德国、丹麦和荷
兰三个国家,经历了几十年的发展之后,已经逐渐的饱和。这里所说的饱和,包括两
方面的含义:
1. 地理方面的限制:陆地上可开发建设风电场的土地逐渐开发殆尽;
2. 技术方面的限制:风电不稳定性带给电网的冲击以及电力调度的容量逐渐达到
电网能够消化的极限。
由问题一直接催生了海上风电(Offshore)和旧风场改造(Repowering)产业的发
展,而问题二则直接催生了风电并网的电力要求(比如低压穿越能力)和非双馈机型
(比如直驱机型)的发展。
北欧地区没有地震和台风影响、北海海域和波罗的海海域的水深较浅、北欧各国
航海业和海上作业产业发达等客观条件使得海上风电成为可能。在这个大的背景下,
风电行业的先驱者Vestas 于1990 年首先在瑞典海域内建造了第一台海上风电机,
Bonus(已被西门子收购)的前身Danregn Vindkraft 则于1991 年在丹麦建造了世界上
第一个海上风电场。之后的1994 年和1996 年,NEG 麦康(已被Vestas 收购)分别在
荷兰建造了两个海上风电场;1995 年Vestas 在丹麦建了一个海上风电场。这些海上风
电机 / 风电场的特点是:
1. 水深比较浅(0 米 - 10 米)
2. 风电机单机功率小(450 千瓦 - 600 千瓦)
3. 无特殊的海上适应设计
自建成开始,这些海上风电场就问题不断:其中技术方面最大的问题是风电机受
潮湿的海风腐蚀严重;而运营方面最大的问题就是造价和维护费用过高,发电量收益
根本无法平衡支出,亏损严重。所以这些风电场的存活,实际上是依靠国家补助和公
司战略补助,实验意义远大于商业意义。
经过5 年左右的发展和完善,2000 年前后才出现了真正商业运营的海上风电场。
GE 在瑞典海域、Siemens 和Vestas 在丹麦海域分别建造了三个商业运营的海上风电
场。为了降低单位功率的造价,这些风电场的风电机都选用了当时最大的单机功率
(1.5 兆瓦和2 兆瓦单机)。

二、德国海上风电发展的情况

德国受海洋法的限制,海岸线15 海里之内不允许开发海上风电场,这导致了德国
规划的海上风电场水深超过25 米,技术要求和造价预算远远高于丹麦和荷兰的海上风
电场。加上旧的《新能源法案》不区分海上风电和陆地风电的补助,使得海上风电在
德国起步比较晚。
1999 年,由EWE 电力集团、意昂电力集团和Vattenfall 电力集团出资组建子公司
DOTI,正式筹建德国第一个海上风电场Alpha Ventus,目的是迈出德国海上风电应用
的第一步。2001 年,该项目得到德国海洋局的批准,测风平台FINO1 启动。
Alpha Ventus 风电场位于德国Borkum 岛西北45 公里处,紧邻荷兰海界。根据浪
高不同,该海域水深为28 米-30 米之间。整个风电场总规划面积为3.84 平方千米,风
电机与风电机之间的间隔为800 米,三列四行共12 台风电机。



由于该项目实验意图明显,所以风电机选型方面特别侧重不同的机型和基础形
式。当时拟选用的风机为:
- 4 台Enercon 公司E-112 (5 兆瓦额定功率、直驱、单桩Monopile 基础)
- 4 台Multibrid 公司的M5000(5 兆瓦额定功率、半直驱、三脚架Tripod 基础)
- 4 台REpower 公司的5M(5 兆瓦额定功率、双馈、桁架Jacket 基础)

项目启动之后,遇到了各种各样的困难。其中最主要的有以下几个方面:
1. Enercon 公司认为海上风电技术不成熟,不肯将自己的风机安装到海上
2. 保险公司和银行无法对海上风电项目进行风险评估,承保和贷款都有困难
3. 钢铁价格在全球范围内大涨,导致工程预算远远超过预期

这些困难使得Alpha Ventus 项目启动之后不久就处于停顿状态。
2004 年,德国议会讨论修改《新能源法案》,添加了两条重要的规定:
1. 风电项目必须强制并网,所有费用由电力运营商承担
2. 提高风电并网价格,并区分海上风电和陆地风电并网价格;海上风电的电价达
到了13 欧分/千瓦时(2008 年又追加了2 欧分,达到15 欧分/千瓦时)
受《新能源法案》修正案的影响,海上风电项目在德国开始爆炸性的增长。世界
各国的新能源资本开始集中到德国(俄国资本成立BARD 公司、印度Suzlon 收购德国
REpower 股权、法国阿琅法集团收购Multibrid 股权),生产海上风电机。海上风电项
目的规划也迅速超过20 个(根据德国海洋局最新的公告,德国目前规划的海上风电场
为30 个),仅得到德国海洋局批复并在建或筹建的7 个海上风电场,规划的总容量就
达到2800 兆瓦,而总规划则超过25000 兆瓦。Alpha Ventus 项目也重新启动:
1. 十二台样机中不再选用Enercon 的E-112,Multibrid 和REpower 分别承建六台
2. 有国家立法的保证,银行和保险公司的担忧一扫而光
3. 高额的电价补助足以平衡钢铁涨价带来的预算增长
2007 年,该项目的海底电缆开始铺设;同年6 月,签订风机的采购合同。
2008 年7 月,海上变电站建成。
2009 年7 月15 日第一台风机安装完成;
2009 年8 月_______12 日,三台风电机安装完成后试运行并网发电;
2009 年11 月16 日,所有十二台风电机安装完成。
2010 年4 月27 日,Alpha Ventus 所有风电机正式并网发电。
Alpha Ventus 项目数据补充概要:
- 历时超过十年,参与的公司超过20 家
- 十二台5 兆瓦风机,全部产自德国不来梅港
- 总装机容量为60 兆瓦,预计年发电量为2200 万千瓦时
- 使用安装船17 艘,租金5 万-15 万欧元/天
Alpha Ventus 之后,德国目前已经在建的风电场包括:
- Baltic 1 风电场,21 台西门子SWT2.3-93 机型(单机功率2.3 兆瓦)
- BARD Offshore 1, 80 台BARD VM (单机功率5 兆瓦)

三、风电机单机功率的发展

一般来说,风电机的单机功率越大,其安装附加费用平均到单位功率上形成的造
价越低,整机的单位功率造价和度电成本也会越低。正是基于这个原因,风电机单机
功率越来越大,目前已经达到了7.5 兆瓦(Enercon 的E-126)。
但是,风电机功率的发展不仅受到经济因素的影响,还要受风力资源本身的限制。
下面这张图是新华社2007 年公布的中国风力资源图(10 米高),数据比较老,仅拿来作为参考。


从图上可以看出,中国风力最强劲的地方,风能密度在200 瓦 / 平方米以上。事实上,中国风力最强劲的几个地区,风能密度是可以达到300 瓦 / 平方米以上的。为了进行简单的估算,我们按照目前技术水平假设几个最大前提条件:
1. 风电机轮毂高100 米左右,叶轮扫过的面积大约为10000 平方米
2. 风电机安装在风能密度最高的地区
3. 风电机的转化率在0.4 - 0.5 之间
考虑到中国北方空气寒冷,地面10 米的风能密度为300 的话,100 米高度可能达到
500 甚至600。那么流经10000 平方米叶轮的风的能量大约为6 兆瓦,乘以转化率后大
概是2.4 兆瓦到3 兆瓦之间。
由于上面的估算都是以最大值为假设的,所以3 兆瓦的单机功率应该是中国陆地
风电机的极限。当然,这个计算只是纯理论性质的平均值计算,实际情况根据风况的
不同会有一个小幅度的波动。将来科技发展,或许可以做出200 米高的风机以及20000
平方米的叶轮,届时陆地风电机的极限就会改写了。
海上的风力比陆地的风更加强劲,方向也比较单一,但相应的安装和运输费用却
会大幅度提高。适当的增加单机容量来降低单位功率的附加费用是启动海上风电项目
的有利解决方案。特别是德国的海上风电场,水深和离岸距离远带来的附加费用相当
高。经过德国海洋局和相关风能机构的估算,在德国海域安装5 兆瓦级别的风电机,
才可以最大限度的降低单位功率的附加成本。
由于缺乏中国海洋风力以及相关造价的资料,最适合中国海上风电场的单机功率
难以估测。
四、5 兆瓦级别风电机的情况
这里所说的5 兆瓦级别,实际上是指单机功率介于4 兆瓦到6 兆瓦之间的单机。
目前已经有成型设计的机型包括:
- 美国GE 的4 兆瓦(GE4.0-110)机型
- 西班牙歌美飒的4.5 兆瓦(G-128)机型
- 德国Enercon 的4.5 兆瓦- 6 兆瓦(E-112)和6 兆瓦(E-126)机型
- 德国阿琅法Multibrid 的5 兆瓦(M5000)机型
- 德国REpower 的5 兆瓦(5M)和6 兆瓦(6M)机型
- 德国BARD 的5 兆瓦(VM)机型
- 荷兰湘电Darwind 的5 兆瓦(DD115)机型
其中歌美飒的G-128、Enercon 的E-112 以及E-126 是陆地型风机,GE 的GE4.0-110、
阿琅法Multibrid 的M5000、BARD 的VM和湘电Darwind 的DD115 属于海上机型,
REpower 的5M和6M属于海陆均可的。除了这些已经有成型设计的机型之外,大连华
锐和重庆海装也声称要出5 兆瓦机型,不过具体进度还不明确。
美国GE 的GE4.0-110 结构如下图所示:直驱长轴,永磁绕线电机后置,四象全
变频器设计在主轴上面。110 米叶轮直径,扫风面积9567 平方米;全自动润滑主轴
承,无液压偏航刹车。整体设计简单,力学结构合理。电机和变频器可以单独拆装,
但更换主轴的话,需要将叶轮拆下。

关于德国海上风电发展和5 <wbr>兆瓦级别风机的情况
西班牙歌美飒的G-128 采用二级行星传动齿轮结构,属于半直驱。空心短轴经齿
轮箱后同心连接永磁同步电机,全变频器后置。整体结构设计紧凑,机舱重量轻。128
米叶轮直径,扫风面积12868 平方米。变频器和电机可以单独拆装,但齿轮箱和主轴
不可以单独拆装,需要将叶轮卸下。

关于德国海上风电发展和5 <wbr>兆瓦级别风机的情况
德国Enercon 公司的E-112 结构如下图所示:直驱无中心主轴,电子励磁同步电
机前置。叶轮直径114 米,扫风面积10207 平方米;额定功率4.5 兆瓦,但可以选配到
6 兆瓦。叶轮输入轴、发电机定子和机舱钢结构整合在一起,发电机和叶轮输入轴无法
单独拆装。全变频器后置,钢结构上可以使用油葫芦等小型起重设备。
关于德国海上风电发展和5 <wbr>兆瓦级别风机的情况
E-126 是E-112 的改进型,整体结构设计没有大的变动,只是拥有改进了的发电
机,更大的旋转直径,更高的轮毂和改进的叶片设计,安装后度电成本比E-112 更
低。叶轮直径127 米,扫风面积12668 平方米;额定功率6 兆瓦,但可以选配到7.5 兆
瓦。跟E-112 一样,E-126 采用铝合金机舱、钢结构龙骨+玻璃纤维+铝合金叶尖的叶
片,但其整机外形和使用的基础都与E-112 相同,所以可以使用原E-112 的生产线进行
生产。
德国Multibrid 公司被法国能源集团阿琅法收购51%股权后改名为阿琅法
Muitibrid。其5 兆瓦机型M5000 最初是由Aerodyn 公司设计的,Multibrid 拿到
Aerodyn 的设计图纸后,经过了5 年左右的独立研发,才在不来梅港建造了第一台试验
样机。从结构上看,Multibrid 的半直驱设计已经有SCD(Super Compact Design)的雏
形,类似的设计还有GE 的Intergradrive,其设计思维都是把叶轮输入轴和齿轮箱低速
轴整合在一起,而齿轮箱高速轴和发电机整合到一起,所有这些零部件都与机舱钢结
构整合到一起。这种设计使传动链部分和电机部分密封性能良好,配合机舱内正压密
封,可以使风机有效的防腐,适合海上作业;缺点是所有零部件无法单独拆装,一旦
出现问题就要整体拆卸。

关于德国海上风电发展和5 <wbr>兆瓦级别风机的情况
M5000 采用的是二级行星轮设计,属半直驱;永磁中压同步电机与齿轮箱、机舱
钢结构整合到一起;叶轮直径116 米,扫风面积10568 平方米。为了减轻机舱重量,
M5000 将除齿轮箱、发电机和偏航系统的其他设备全部设计到塔筒内,比如变频器、
空气滤清装置以及冷却设备等。最新的M5000 外形设计已经改变(如下图所示),添
加了适合海上作业的直升机起降平台,但内部结构没有大的变动。

关于德国海上风电发展和5 <wbr>兆瓦级别风机的情况
德国REpower 公司起源于2001 年的公司合并,当时是由三家公司合并而成的:
Jacobs 能源,BWU 和 pro + pro 能源系统。目前REpower 已经被印度Suzlon 收购超过
90%的股份,但名称未改。其5 兆瓦级别的机型为5M(单机功率5 兆瓦)和6M(单
机功率6 兆瓦),采用传统的主轴+齿轮箱+高速中压双馈电机方案设计。其结构如下
图所示:

关于德国海上风电发展和5 <wbr>兆瓦级别风机的情况

关于德国海上风电发展和5 <wbr>兆瓦级别风机的情况

其齿轮箱是二级行星轮加一级平行轮共三级,变速比约为97。双馈双核高速异步
双馈电机,转速范围大约是670-1170 转/分钟,变频器后置。叶轮直径126 米,扫风面
积为12469 平方米。内建吊车,可以进行小型零部件的更换。除了主轴之外,其他零
部件均可以单独拆装。实际上,REpower 所有机型的设计都与其最初的1.5 兆瓦风机
MD77 一脉相承。而MD77 则是96 年、97 年前后由REpower 的前身Jacobs 能源和
BWU 购自Aerodyn 公司,经过了5 年左右的独立研发,于2001 年前后才可以进行工
业化生产。MD77 后来在欧洲趋于淘汰,被REpower 分别以许可证生产的形式卖到中
国和印度,东汽生产的1.5 兆瓦风机,实际就是MD77

德国BARD 公司是由俄国石油天然气投资商Dr. Arngolt Bekke 以私人资本注册在
德国的风电机生产企业。该公司最初在布莱梅,主要从事风电机研发以及风电场设计、
规划。自2006 年开始, BARD 开始投资兴建生产车间,同时也申请了两个海洋风电场
项目并获得了批准。第一个生产车间在德国西北部小城Emden(与德国最大的风电机生
产商Enercon 邻近,临北海),用来生产风电机;第二个车间不来梅港以北的库克斯港
,用于生产基础;其他的生产车间也在计划当中。尤其值得一提的是2007 年初BARD 在
立陶宛订购了一艘专门用于建设海洋风电场的Jacket-up 结构安装船,使用该船,可以
很有效的解决在海上建风电机对天气环境的依赖性,安装过程十分快速。其5 兆瓦机型
BARD VM是由Aerodyn 公司设计的,采用与REpower 5M类似的二级行星轮加一级平行轮
的变速箱结构,变速比也是97 左右。双馈双核高速异步电机,额定转速略高于5M,大
约是1210 转/分钟。具体内部结构不详,从技术源头相同(Aerodyn)来看,估计其内
部结构与REpower 的5M很类似。

关于德国海上风电发展和5 <wbr>兆瓦级别风机的情况
荷兰Darwind 公司被中国湘电收购,改名为湘电Darwind。其5 兆瓦机型设计有
点像Enercon 的E-112 与Multibrid 的M5000 之结合体,直驱无中心主轴,单一主轴承
集成到电机里,永磁中压发电机前置。这种设计的优点是密封性能好,适合海上风电
防腐(效果有待验证);缺点是这部分零部件不可单独拆装,一旦有问题就要拆叶
轮。叶轮直径115 米,扫风面积10387 平方米。水冷四象限全变频器,可单独拆装。
关于德国海上风电发展和5 <wbr>兆瓦级别风机的情况

总结起来,这七个厂家使用直驱结构加永磁电机的有两家,使用直驱结构加励磁
电机的有一家,半直驱结构加永磁电机的有两家,传统齿轮箱加双馈电机的有两家;
已经进行工业化生产的机型只有德国四家公司的产品。
除了5 兆瓦级别的风机之外,3 兆瓦级别的风机(2.3 兆瓦-3.6 兆瓦)也广泛的应
用于海上风电,其结构和设计与5 兆瓦级别机型都有相似之处。国外比较成熟的机型
有西门子的2.3 兆瓦和3.6 兆瓦双馈机型、Vestas 的3 兆瓦双馈机型、Nordex 的3 兆瓦
机型等;国内开始应用的比如华锐的3 兆瓦双馈机型、金风的3 兆瓦直驱机型和明阳
的3 兆瓦两叶片SCD 机型等。
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