随着国家“碳达峰·碳中和”目标的确立，为我国风电在内的可再生能源带来的新的挑战和广阔发展前景，预计至2030年，我国风电、光伏装机容量将达12亿千瓦，与此同时，风电设备与技术的发展也将面临新的挑战和机遇。
本文从中国风电历史和现状、中国风电设备的进化和演绎、碳中和形势下风电设备创新方向、风电电气系统创新技术等4个方面，全面分析双碳目标下风电设备及技术发展趋势。
三、碳中和形势下风电设备创新方向
（一）风电机组创新方向
整机技术路线。
陆地逐步集中在中速和双馈领域，海上则比较明显向中速路线集中。
硬件降载技术。
硬件降载技术主要聚焦于IPC、激光雷达、叶片净空、尾流控制和塔架阻尼器。
激光雷达技术与IPC技术具有一定相互替代性，部分厂家重点发展激光雷达技术，而其他厂家重点发展IPC技术，部分厂家IPC已经批量应用；
尾流控制，各家在宣传和投标中均称可应用，但目前JF和MY的开发进度较靠前，叶片净空技术类似；
二阶阻尼器各家产品均已比较成熟，开始批量应用，但一阶阻尼器仅部分厂家开发。
新结构&新材料。
分片钢塔技术：当前各厂家均开始批量投标160+市场，其中有自研方案、华斯壮格构式方案以及荷兰Mecal方案；
QT500材料：不少厂家均采用类似Vestas方案，目前Vestas和GE出现小批量问题，部分厂家自主开发QT500材料。
滑动齿轮箱：部分厂家已经在进行样机测试，滑动主轴承上有少量头部厂家开发并进入小批量。
国产化主轴承：SRB多家已国产化，DRTRB轴承有部分厂家批量应用国内品牌；TRB轴承部分已小批量。三排柱变桨轴承各家均批量应用。
偏航集电环：部分厂家已经批量运行，其他厂家也在积极试验。
E-TOP机舱：部分厂家陆地已小批量装机，海上各家均在开发E-TOP方案；
吊装运维技术：免吊车更换大部件技术，陆地齿轮箱更换普遍采用吊车更换。目前仅有少数厂家开发了免吊车更换大部件工装，并已完成设备的测试。部分头部厂家目前主要针对海上机组，处于开发状态。
叶片吊装技术：主要方案包括主推为盘车+水平单叶片吊装方案，陆地机组各家以斜插方案为主。但应对未来180+塔架高度，水平单叶片方案应成为基本配置。
（二）电力系统创新方向
电力系统发展趋势。基于“双碳”顶层设计，国家相关部门于2021年提出以新能源为主体的新型电力系统建设远景；2022年4月22日，国家电网公司牵头并联合31家发电、新能源、装备制造业等单位成立了新型电力系统技术创新联盟，决定碳中和成败的技术创新“国家队”从此而诞生。新型电力系统有别于目前的以火电为主要电源的常规电力系统，旨在解决各种电源形式的协调发展问题和新能源电源的主体地位问题，并以社会用能形式的深度电气化，最终实现“双碳”战略目标。
新型电力系统挑战。以新能源为主体的新型电力系统发展趋势已经形成，在电源侧、电网侧、负荷侧和调度侧正发生着深刻变化，电力系统的安全稳定性裕度不断降低，系统安全稳定性问题和电力电量的实时平衡问题开始成为新型电力系统的2大痛点问题。
新型电力系统特征。不稳定新能源比例高、电力电子装备比例高、网源荷储耦合模式多样化、多种能源互补模式多样化；大云物移智链等现代信息/通信技术将被广泛应用，5大特征不仅确定了系统侧对电源的新需求，同时也在推动着相关技术的发展。对此，电压源型风电机组、风光储一体机、低频风电机组、直流风电机组等方面将成为风电技术下一步创新方向。
电压源型风电机组：解决弱电网适应性等并网问题，将是替代同步发电机的有力竞争者。
风光储一体机：以构造稳定电源为重点目标，在调峰调频服务、综合综合优化等技术细节上均存在价值。
低频风电机组：海上风电除了高压交流和柔性直流外，低频风电机组能够为这种技术路线解决电源侧技术瓶颈。
直流风电机组：直流风电机组技术能够为全直流海陆风电场、直流分散式接入等场景提供全新的电源解决方案。
新架构概念。风电领域，只关注单个产品在并网终端的电网友好性已经成为“过去式”，已经不符合新型电力系统发展需要，产品集在系统中的最终表现才是新能源电源厂家需要面对并解决的硬指标。大基地接入、超高压交&直流送出、风火打捆、独立电网、沙漠送出、跨境输电、供电&供能一体化等多种场景下，如何让风电机组产品集合体能够解决或助力新型电力系统2大痛点问题的解决，需要系统层面的技术创新，构建不同于传统概念的新型整机拓扑架构，甚至于完全颠覆传统的技术概念。
架构新概念：为突破机组设计时比例放大法则（即Scaling Rule）中质量成三次方增大的局限性，多叶轮机组概念是一个值得重点关注的方向；同时，2叶片机组概念以更高的CoE优势重回人们视野。
海上风电新概念：深远海漂浮式机组不断尝试半潜式等概念，包括将多叶轮和两叶片与漂浮式概念的组合创新。
面向未来：高空风电机组作为颠覆性概念，在国外同行中进行过多年系统可行性验证；未来，或许会成为主流技术路线。
来源：电器工业
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