直驱式风力涡轮机的发展并不缺乏

直接驱动风力涡轮机的关键要素是低速发电机，它消除了涡轮机传动系统中齿轮箱的需要(见主要风力涡轮机技术文章，2011年8月)控制工程)．最常使用的是同步永磁式发电机。优点包括更简单的传动系统，重量更轻的风力涡轮机，以及提高海上应用的可靠性。

发电设备和服务提供商阿尔斯通(Alstom)正在开发采用直接驱动(DD)技术的“下一代”6兆瓦海上风力涡轮机。阿尔斯通和动力转换专家科孚德在2011年3月中旬宣布，他们将合作开发“世界上最大的用于风力涡轮机的DD永磁(PM)发电机”。

最初，科孚德将为阿尔斯通的两台6兆瓦海上风力涡轮机原型机提供DD发电机。据报道，这种“先进高密度”DDPM发电机比上一代DD机组更轻、更紧凑，旨在提高涡轮传动系统的可靠性。Converteam首席执行官Pierre Bastid表示:“该发电机将拥有迄今为止所有永磁发电机中最大的转矩。”

首台6兆瓦涡轮机原型机将于年底前安装在法国卢瓦尔河河口Le Carnet附近的陆地上。原型2将于2012年在比利时近海海域安装。阿尔斯通发言人说，在全面商业化之前，公司计划在2013年进行产品预量生产，预计2014年全面量产。

此外，增强涡轮机可靠性的商标是“阿尔斯通纯扭矩”，这是一种保护传动系统和发电机免受风致偏转载荷影响的设计特征。它把有害的应力转移到塔结构上。该公司表示:“只有扭矩被传递到发电机，这确保了发电机转子和定子之间保持足够的气隙，从而提高了其性能和可靠性。”

2011年6月，西门子能源公司使用DD转子技术安装了其最新的海上风力涡轮机原型机在丹麦的霍夫索尔，6兆瓦的机器已经开始试运行。据西门子称，SWT-6.0-120风力涡轮机转子直径120米，是“专门为未来的海上项目”开发的。在对第一台机组进行了广泛的调试和试运行后，西门子计划在今年安装更多的原型机，以进行进一步的测试和验证。

2012- 2013年将安装额外的“预系列”6兆瓦风力涡轮机，以进行更多测试并优化涡轮机性能。据该公司称，计划在2014年进行批量生产。

今年早些时候，西门子推出了另外两台DD风力涡轮机:额定功率3兆瓦的SWT-3.0-101和额定功率2.3兆瓦的SWT-2.3-113，转子直径分别为101米和113米。这些涡轮机同样具有DD低速PM同步发电机。

并非全部离岸

北方电力系统公司(NPS)已进入公用事业规模的DD风力涡轮机市场，最近推出了一台2.3兆瓦的使用PM同步发电机的机器。该公司正在建立在其长期成功的小型(100千瓦)DD风力涡轮机。NPS认为DD技术更可靠和高效，同时比齿轮机械需要更少的维护。北方电力公司还为2.3兆瓦涡轮机引入了新的100米直径转子选项。

在其他西门子能源多个欧洲订单的公告，两个项目要求3兆瓦无齿轮风力涡轮机(总订单151个陆上涡轮机中的19个)。13台SWT-3.0-101将安装在土耳其39兆瓦的Dagpazari项目和英国18兆瓦的Millour Hill项目

西门子SWT-3.0-101直驱涡轮机也将成为北达科他州风电项目的一部分。明尼苏达州电力公司Bison I项目的第二阶段将安装15台西门子3兆瓦DD涡轮机，而不是原项目计划中的17台2.3兆瓦涡轮机。DD技术有可能减少维护时间，从而提高涡轮机的可用性。据明尼苏达电力公司称，涡轮机升级预计每年可额外提供10,000兆瓦时的能量。

在相关新闻中，芬兰公司The switch被德国Prokon Energiesysteme GmbH选中，为其风力涡轮机提供3兆瓦功率范围内的直驱永磁发电机和全功率变换器。该公司是风力发电机和电源转换器的供应商。

Prokon董事总经理拉尔夫•多曼(Ralf Dohmann)表示，此举旨在为Prokon提供从风力涡轮机制造到运营和维护的整个流程的独立管理，这是Prokon长期以来的一个愿望。该公司开发、融资和管理自己的风力发电场，涡轮机将主要用于这些发电场。

Switch认为，其优化的传动系统包将使Prokon能够快速开发首选的PM技术，以实现可靠性、最大产量和符合最严格的国际电网规范的电能质量。The Switch总裁兼首席执行官Jukka-Pekka Mäkinen解释说，该项目将提供一个机会，将具有最新技术特征和可制造性的第三代DD PM发电机推向市场。

20兆瓦的涡轮机，先进的控制?

空气中弥漫着乐观情绪。2011年在布鲁塞尔举行的欧洲风能协会(EWEA)会议上发表的一份来自欧盟资助的UpWind项目的报告表明，20兆瓦容量的风力涡轮机是可行的。UpWind项目发现，20兆瓦功率的涡轮机需要直径约200米(656英尺)的转子。相比之下，目前正在建造的最大的原型风力涡轮机的长度为150米。

UpWind项目的调查结果总体上是乐观的，但也表明需要在设计、材料和涡轮机运行方面进行各种技术创新，以实现20mw的机器。确定的主要创新领域是叶片、对当地风力条件的智能适应、风电场布局和控制/维护考虑。

对于涡轮叶片，重点是降低疲劳负荷，以建造更长、更轻的叶片。更灵活的叶片材料和单独控制的两段叶片是减轻疲劳负荷的建议方法之一。对于涡轮机的控制，一个建议是应用一个安装在机舱上的激光雷达(光探测和测距)系统来感知即将到来的阵风，这是一种超越现有风速表的能力。激光雷达传感器将与涡轮控制系统相互作用，在阵风影响之前调整叶片和发动机舱的位置。

报告还指出，欧盟和成员国将需要在风能研究方面大幅增加投资，以确保UpWind和其他项目的创新能够得到开发和应用。

2011年8月讨论了发电机设计和永磁材料的各种限制CE关于“直接驱动风力涡轮机”的文章也适用于这些更高功率的风力涡轮机的发展，并需要适当的解决方案。

弗兰克·j·巴托斯，体育，是控制工程贡献内容专家。联络他的地址是braunbart@sbcglobal.net

www.alstom.com/power/renewables/wind

www.converteam.com

www.ewea.org

www.northernpower.com

www.siemens.com/wind

www.theswitch.com

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