包头中车电机有限公司 内蒙古包头 014010
摘要：目前我国是国际洁净能源的巨头，是世界上最大的太阳能、风力与环境科技公司的发源地。分析出永磁直驱风力发电机技术改进走势及发展趋势，可为企业研发基投资方向、专利布局提供决策基础。永磁直驱风力发电机结构简单、效率高稳定性强、运行及维护成本低、电网接入性能优异，通过运用专利分析、专利地图等方法，对风电行业进行技术走向及发展趋势进行判断。
关键词：风力发电机、走向、发展研究
1.研究背景及意义
1.1研究背景
目前我国是国际洁净能源的巨头，是世界上最大的太阳能、风力与环境科技公司的发源地。按照“十三五”规划，我国在2020年前风电的装机目标是2.5亿千瓦。截止2015年年底，累计装机1.2亿千瓦，未来每年新增装机平均在2600万千瓦以上，且风电产业出现了三个显著的特征（风电机组大型化、大力发展海上风电、风电机组技术的进步），做好风电机组未来发展布局、推进可再生能源项目是重中之重。
1.2研究目的
分析出永磁直驱风力发电机技术改进走势及发展趋势，为企业研发基投资方向、专利布局提供决策基础。
1.3．研究方法
运用专利分析、专利地图等方法，对风电行业进行技术走向及发展趋势进行判断。
研究内容
主要从风电机机组的装配成本、改进方法、性能提升及发展方向方面进行分析。
2.永磁直驱风力发电机概述
2.1永磁直驱风力发电机的特点
1）结构简单、效率高：永磁直驱式风力发电机组没有齿轮箱，减少了传动损耗，提高了发电效率，尤其是在低风速环境下，效果更加显著。
2）稳定性强：齿轮箱是风力发电机组运行出现故障频率较高的部件，永磁直驱技术省去了齿轮箱及其附件，简化了传动结构，提高了机组的可靠性。同时，机组在低转速下运行，旋转部件较少，稳定性更强。
3）运行及维护成本低：永磁直驱风电机组采用无齿轮直驱技术可减少风力发电机组零部件数量，避免齿轮箱油的定期更换，降低了运行维护成本。
4）电网接入性能优异：直驱永磁风力发电机组的低电压穿越使得电网并网点电压跌落时，风力发电机组能够在一定电压跌落的范围内不间断并网运行。
2.2永磁直驱风力发电机的种类
目前国内风电场运行的永磁直驱风力发电机主要有750KW、 1.5MW、2.0MW、2.5MW、3.0MW、5MW、6MW、7MW /7.5MW、8MW、10MW等机组。
3. 国内外风力发电机研究现状
3.1国外风力发电机研究现状
2015年全球新增装机6301.3万千瓦，实现了22%[3]的年度市场增长率。到2015年年底，全球风电累计装机容量达到43241.93万千瓦，累计年增长率达到17%。2015年，美国、德国、巴西分别以8598MW、6013MW、2754MW占全球风电新增装机容量第二、第三、第四名。
3.2国内风力发电机研究现状
我国的风力发电始于20世纪50年代后期，在吉林、辽宁、新疆等省建立了单台容量在10kW以下的小型风力发电场，但其后就处于停滞状态。直到1986年，在山东荣城建成了我国第一座并网运行的风电场后，从此并网运行的风电场建设进入了探索和示范阶段，但其特点是规模和单机容量均较小。到1990年已建成4座并网型风电场，总装机容量为4.215MW，其最大单机容量为200kW。在此基础上，风力发电从1991年起开始步入了逐步推广阶段。截止2015年，我国风电累计装机容量为145104MW位居世界首位，其中2015海上风电装机容量为361MW，同比增长22%，位居世界第三。
永磁直驱风力发电机主要技术走向分析
4.1风电机组大型化
风电机组单机容量大型化有利于提高风能转换效率，又有利于降低风电机组全生命周期的制造与运营成本。但大容量机组受到运行环境、机组特性、电网条件、安装运输等多方面因素的制约，目前国内6MW以上大型风机机组还在研发阶段。大型机组主要集中的海上风电，海上风电机组有利于降低单机造价，又有利于节省运维成本，开发制造陆地上大型高可靠性的风电机组具有良好的发展前景。
4.2叶轮改进技术
随着永磁直驱风力发电机单机容量大型化，机组所需叶轮的长度也在不断增加，叶片的抗载荷能力、叶尖变形、叶片材料及加工工艺等技术问题更加突出。美国Blade Dynamic推出组合叶片模块化技术，歌美飒推出分段式叶片，美国Sandia实验室推出了大厚钝尾缘叶片，提升了叶片刚度及性能，有效降低了成本投入。
4.3机组装配技术
在永磁直驱风力发电机过程中，因零部件数量较多且尺寸较大，在装配过程中很难实现自动化装配，加大了企业生产投入。为降低成本投入，提升自动化水平，在永磁直驱风力发电机结构简单的基础上，开展一些装配技术创新理所当然的。这样能够有效降低成本投入的同时还能降低员工劳动强度，提升机组装配质量，最终能够实现机组装配过程的标准化。
4.4整机驱动技术
机组的驱动方式决定了风力发电机从发叶轮到发电机的传动效率与传动系可靠性。目前国内主流风电机组为双馈异步风力发电机和永磁直驱风力发电机，但国外已逐步开始研发并推出电励磁直驱式风电机机组、半直驱式风电机组、液力传动式风电机组、电磁耦合式风电机组，通过以上改进可提高风电机组电能质量，其中电磁直驱技术已经产业化，半直驱、液力传动及电磁耦合技术正处于研究开发阶段。
5. 永磁直驱风力发电机专利信息获取
5.1研究主题与信息获取方法
从专利之星检索系统中下载有关永磁直驱风力发电机技术改进专利，分析出直驱永磁风力发电机的技术走向。
5.2专利信息检索与筛选
5.2.1检索的技术描述
永磁直驱风电电机
5.2.2检索要素表及注释
关键词：XX公司名称、永磁、直驱、风电、电机
专利分类号：H02K
5.2.3检索记录
7. 永磁直驱风力发电机专利分析主要结论
7.1永磁直驱风力发电机技术走向
结合我公司实际生产情况及企业所处阶段，永磁直驱风力发电机装配制造企业在今后的生产制造过程中，将主要从装配方法、检测手段入手开展技术创新工作及专利申请工作。
装配方法方面：从产品原材料入库开始，在改进工艺方法的基础上，推行工装自动化工作，降低成本投入，降低员工劳动强度的同时提升员工工作效率，保证没到作业工序的标准化，从而保证风电机组的产品质量。
检测手段方面：装配车间各班组完成每项工序作业后，使用统一检验标准及量具，对产品阶段性交付进行检测，保证下道工序的产品质量。多与其它厂进行交流，不断提升检测效率及精确度。
7.2永磁直驱风力发电机发展趋势
从海上风电机装机容量及对应的专利申请数量着手进行分析，并统计2015年1月至6月中国风电装机的机型分布数量可看出，2MW风电机机组占上半年全部装机容量的50%，1.5MW风电机组占上半年全部装机容量的35.8%[3]，2.0MW风电机组的新增装机容量首次超过1.5MW风电机组的新增装机容量，未来陆地永磁直驱风力发电机组将逐渐向大容量方向发展。
8.结束语
在清洁能源日益发展的今天，有效利用专利检索及技术链的分析，可最大程度的发挥永磁直驱风力发电机的优势，更加有效的满足市场需求，对于生产制造单位来讲只有正确、及时、透彻分析出永磁直驱风力发电机技术创新点，才能正确引导企业核心技术的未来。
9.参考文献及网站
【1】专利之星检索系统
【2】中国可再生能源学会风能专业委员会《风能》
【3】中国风能网
论文作者:伊日格乐,蔡敏
论文发表刊物:《基层建设》2017年第10期
论文发表时间:2017/7/26
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