海上风机发展趋势分析 1 海上风电机组的发展历程 在 90 年代，Bonus 的 450kW 和 Vestas 的 500kW、550kW、600kW 风电机组曾经在早期的近海风 电场应用，2000 年以后就没有安装过 2MW 以下的海上风电机组。 2001 年以后，Vestas 公司的 2MW 和 3MW 双馈式海上风电机组在欧洲海上风电场大批量应用，是 经受住考验的成熟机型。Vestas 公司的海上风电机组装机容量约占全球海上风电机组的 35%左右； 同样，西门子公司的 和 （高速齿轮箱+异步感应式发电机+全功率变流器）海上风电机 组也连续十一年在海上风电场大批量应用，是经受住考验的成熟机型，也是目前海上风电场的主流 机型。西门子公司的海上风电机组装机容量约占全球海上风电机组的 50%以上。 2008 年以后，德国 Repower 公司研制的 5MW 双馈式异步风电机组已经成功应用于海上风电场， 是传统双馈式风电机组大型化的典范。目前在爱尔兰、比利时和德国海上风电场安装运行。该机组 风轮直径 126 米，轮毂高度 120 米，额定功率 5MW,已经安装使用 39 台。在其基础上扩容的 REpower 6M 也已经安装了 3 台。 近年来，德国 BARD 公司推出了 5MW 海上风电机组，风轮直径 122 米，机舱部分重达 425 吨，叶 片长度为 60 米， 吨。由德国 Areodyn 公司设计，属于双馈式风电机组大型化的又一个范例。 轮毂重量(包括轴承座和其他附加设备) 70 吨。机舱 (包括发电机，但不包括叶片和轮毂) 280 吨。

德国 BARD 公司 5MW 海上风电机组已经在海上风电场安装 18 台，共 90MW； 法-德合资的 Areva Multibrid 半直驱型 5MW 风电机组也已在海上风电场投入运行，安装数量超过 10 台。该机组额定功 率: 5 MW；风轮直径:116 m。机组采用集成化设计：将风力机的主轴、齿轮箱、高速轴和发电机集 成在一起，以减少重量，从而降低成本。传动链为：风轮+单级齿轮箱（1：+多级永磁发电机。 系统采用折中方案，兼顾了双馈式风电机组和直驱式风电机组的优点，折中考虑了性能与价格的关 系。 此外，2003 年 GE wind 公司的 MW 双馈式海上风电机组也已在海上风电场投入运行，安装数 量 7 台；芬兰 Winwind 公司生产的 3 MW 半直驱海上风电机组也于 2009 年在海上风电场投入运行， 安装数量 10 台。但是后来这两个产品都没有继续进入海上风电场，说明它们的性能还不能适应海上 风电场的恶劣环境。 2010 年以后，中国华锐公司生产的 3 MW 半直驱海上风电机组也已在海上风电场投入运行，目前 在海上风电场的安装数量超过 50 台。

2011 年，中国上海电气风能公司生产的 MW 海上风电机组也有一台在海上风电场投入运行， 效果良好。 表 1、各国海上风电机组在市场中的累计装机容量及所占比例 国家 英国 丹麦 荷兰 中国 德国 比利时 瑞典 爱尔兰 挪威 葡 萄 牙

累 计 装 机 容 量 （MW） 195 2

比 例 （%）

表 2、各种 2MW 以上海上风电机组在市场中的比例 序号 产品型号 2011 年安装容量 （MW） 2011 年市场份额

(%) 2011 年累计安 装容量(MW) 2011 年底累计市

场份额

1 西门子 2 西门子 180 3 Vestas2MW 2 416 4 Vestas3MW 0 0 954 5 Repower5MW 150 210 6 Areva(Multibrid )5MW 0 0 30

7 Bard 公司 5MW 30 90 8 中国华锐 3MW 51 153 9 Winwind 公司 3MW 0 0 30 10 上海电气 3,6 从表 2 看出：西门子、Vestas 和 Repower 三家公司的产品占 2011 年底全球累计海上风电市场份 额的 %;占 2011 年全球新增海上风电市场份额的 81%。 Repower5MW 占 2011 年全球新增海上风 电市

场份额的 %,仅次于西门子 （%）。表明目前 5MW 以上大功率海上风电机组有明 显增长的趋势。

2 欧美重点企业新研制海上大功率风电机组的技术特点； 丹麦 Vestas 公司的海上风电机组； 面向未来，该公司正在研制 Vestas 7MW 半直驱新型海上风电机组。该机组采用了一 个中速齿轮箱、永磁发动机和全功率变流器。随着 Vestas 引进设计选择将推动业主的 海上风电收益率到一个新的水平。该机组能量捕获的最大化，不仅是因为有 164 米直径的巨大风轮， 还因为优化了风轮与发电机的比例。由于采用较少数量的大型风力机而减少了运行和管理的成本。 减少了投资风险的规模，因为较少数量的风力机也意味着较少的基础和电缆。由于 Vestas 的结构设计寿命是 25 年，产业标准突出，因而使投资商的投资回报实现最大化。这会给业主一个更 长的发电期限，并增加业主的商业效益。设计理念是：可靠性高、可预测、保障寿命期性能。尽可 能减少维修次数，需要维修时，要做到安全、快捷和低成本。 德国西门子公司的海上风电机组； 作为世界海上风电领域的领军者，西门子 2010 年在上海建立了风机叶片制造基地，2011 年赢 得中国首个海上风电订单，同年 10 月，西门子风力发电集团亚太区总部落户上海。西门子将为中国 带来先进的风电机组技术、国际化项目管理以及海上风电领域的运行经验。 面向未来，该公司正在研制 直驱式新型海上风电机组。该机组风轮直径 154 米， 风轮轴后倾 6º。机组额定功率为 6MW,风轮直接驱动永磁发电机，结构紧凑，塔架上部重量为仅 360 吨。该机组主要特点如下： 1) 量子（力学）叶片 独特的设计和制造程序，采用一体化叶片，为获得最大的强度，实行一体化浇注。 为中高速风况优化气动特性，为更高的输出能量而增长了叶片长度。为使根部泄漏最小化并增 加升力而设计了叶片根部 2）直驱发电机 永磁设计。全封闭、容易接近、轻重量设计；在可靠性和效率之间优化设计。与带齿轮箱的风 电机组比，整机零件数量减少 50% 3）机舱 坚固轻重量结构。进行了宽敞、人体工程学设计，并具有最大的服务能力。 4）冷却系统 设计了简单、坚固流畅连接的水冷系统；顶部安装的被动冷却散热器，高效的两级冷却保证良 好的效果。 • 西班牙 Gamesa 公司的 G128 型 海上风电机组; 西班牙 Gamesa 公司研制出风轮直径 128 米、轮毂高度 120 米的 G128 型 高速传动永磁风电机组，机头重量 250 吨，属于半直驱永磁风电机组大型化的一个范 例，该机组采用两段式（碳纤维）叶片；混合式塔筒（混凝土＋钢），减少投资；内置吊车，便于安 装和拆卸部件；该机组采用一个两级传动的行星齿轮箱、永磁发电机和全功率变流器：该变流器由 6 个并联的 770kW 变流器（IGBT）组成，提高了可靠性。该机组已有两台安装到现场。 美国 GE 公司的海上风电机组; 美国 GE 公司研制的 GE 型直驱式海上风电机组，风轮直径 113 米，额定功率 , 采 用永磁发动

机，是美国 GE 风能公司首次研制的大型直驱式海上风电机组。 德国 Enercon 公司的 7MW 直驱励磁风电机组 德国 Enercon 公司安装在比利时 11 台新一代 E-126 直驱风电机组,风轮直径 127 米，采用了 1600 吨的履带吊安装。单机容量为 7MW；采用 2 段式叶片，便于运输和现场组装；轮毂高度 198 米，采 用混合式塔筒－钢制顶段，其余由混凝土建造，塔底直径为 米。该机组采用“蛋形”机舱；新 型叶片设计，与机舱罩和导流罩有机融合，使气流均匀地通过机舱，减少湍流和扰流，提高发电量； 叶片采用了“小翼”叶尖，可以在风轮平面内抑制生成扰流和旋涡，从而降低噪声，提高发电量； 叶片法兰直径大，采用双列螺栓连接。该机组采用励磁发电机，是德国 Enercon 公司近年来研制的 最大型直驱式风电机组。6MW 直驱励磁风电机组已经安装 3 台，其前身 6MW 直驱励磁风电机组已经 安装 9 台，总安装两量为 11 台。 但是，到目前为止，这种机型还没有在海上风电场安装。 远景能源拟开发两叶片 直驱永磁海上风电机组 远景能源公司正在设计 E128 型 双叶片风轮直驱式海上风电机组。风轮直径 128 米，由两个叶 片组成。叶片总长度为 62 米，叶片由根部定桨距部分和叶身变桨距部分两部分组成，号称部分变桨 叶片。一部分是根部长度 20 米的定桨距叶片，一部分是外部长度 42 米的变桨距叶片。双叶片风轮 可通过海上运输船直接整体运输，而且风轮总成可以一次吊装就位，因而节省安装时间和成本。风 轮叶片的定桨距部分在 25 米/秒—30 米/秒风速范围内仍可工作。

法国阿尔斯通公司开发了阿尔斯通(Alstom)Haliade150 型直驱式海上风电机组，额定功率为 6MW。采用液压冷却的永磁发电机。变流器置于塔架底部空间内。叶片长度为 米，没有使用碳 纤维，叶片的表面由聚氨酯腹膜覆盖，叶片的迎风边做了抗腐蚀保护性处理。 德国 Nordex 公司正在研制 6MW 直驱式海上风电机组

根据德国 Nordex 公司的计划，风轮直径 150 米的 N150/6000 风电机组样机将于 2012 在陆地上 安装，2013 年在海上安装，并于 2014 年投入批量生产。 表：3 欧美重点企业正在研制的海上大功率风电机组 序号 公司名称 型号 功率（MW） 技术组合 所处研发阶段 1 Vestas 7 中速齿轮箱+永磁发电机+全 功率变流器 设计研制

2 西门子 6 直驱永磁式风电机组+全功 率变流器 样机试验 3 Gamesa 中速齿轮箱+永磁发电机+全 功率变流器 样机试验 4 GE wind 直驱永磁式风电机组+全功 率变流器 样机研制