Page 97 - 新能源风力发电技术与自动化技术研究

第三章 风力发电机组设计与优化

第三章 风力发电机组设计与优化

第一节 风力发电机组主体结构

一、风力发电机组现状与发展趋势

随着全球经济的发展，不可再生能源消耗量与日俱增，同时导致温室效应、
生态破坏与污染等世界能源问题突显。因此，全球能源绿色低碳转型进入快速发
展新阶段。风能具有环境污染小、运行和维修成本低、安装灵活且较易获得等优势，

是近年来应用广泛、发展迅速且有较大发展前景的可再生清洁能源之一。根据
2022 年国家能源局公布的数据可知，我国风力发电装机总容量约 37000 万 kW，
较 2021 年增长 11.2%，其中陆上风电 33500 万 kW 连续 13 年稳居世界第一，海
上风电 3046 万 kW 装机规模位居世界第一，我国已是风电能源第一大国。
（一）风力发电机组的基本特点概述

风力发电机组一般由机舱、风轮、塔架、变速箱等组件构成，其内部结构复
杂且耦合性较强。机舱是为保护塔架上端重要零部件免受恶劣环境腐蚀而设置的
密封罩壳。风轮主要由叶片、叶柄、风轮轴和轮毂构成，是风力发电机组最重要

的组成结构之一，成为区别风力发电机组和其他动力机的主要标识。塔架是风力
发电机组中的重要承载结构，塔架的高度和风力与成本均成正比，设计塔架的目
的是为减少风力发电机组受紊流的影响，常见的塔架类型有桁架式和圆台式。
双馈式风力发电机组、直驱型风力发电机组和半直驱风力发电机组三种类型
是目前应用最为广泛的风力发电机组。双馈式风力发电机组发展最早，总体经济

性较好，是风力发电市场上使用最多的一种机型，2022 年占风力发电机组市场
总份额的 68%。另外，电压低会引起风力发电机组脱网，该机型在控制低电压穿
越上效果较好，维持电网运行效率和稳定性。但双馈式风力发电机组必须引入齿

轮箱以解决低风速下风子转速问题，而齿轮箱不仅成本高，而且故障率也高，使
得维护成本提升。直驱型风力发电机组也称无齿轮风力发动机，采用多级电动机
和叶轮直接连接的方式进行驱动，与双馈式风力发电机组相比，其体积小、维修

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