风电发电原理四大技术路线：双馈机组、直驱永磁机组、半直驱机组、高速鼠笼异步

胖君e 2023-11-03

相较于光伏，风电的发电原理比较简单，不同技术路线的差异主要集中在核心传动链的设计上，但除此之外的其他部分差异并不大，也不存在光伏的硅-非硅路线这种根本性差异。从结构上看，风电机组可分为高速传动、中速传动（或称半直驱）和直驱三大类，其中高速传动路线又可分为双馈异步和鼠笼异步两种主要形态。

相较于光伏，风电的发电原理比较简单，不同技术路线的差异主要集中在核心传动链的设计上，但除此之外的其他部分差异并不大，也不存在光伏的硅-非硅路线这种根本性差异。从结构上看，风电机组可分为高速传动、中速传动（或称半直驱）和直驱三大类，其中高速传动路线又可分为双馈异步和鼠笼异步两种主要形态。从结构复杂程度上看，可大致认为直驱永磁＜半直驱永磁＜高速鼠笼异步＜双馈异步。

双馈机组

双馈机组的叶轮通过增速齿轮箱与双馈异步发电机转子相连，转子的励磁绕组通过变流器连接电网，定子绕组直接联网。机组可以在不同的转速下实现恒频发电，调速范围较宽、有功和无功功率可独立调节，具有转速高、转矩小，尺寸较小、重量小，成本低等优点，通常适用于小型电机；但由于其结构十分复杂，故障率偏高，且高转速（1500 转／分钟）导致维护成本也比较高。

PS：

励磁：即向发电机或者同步电动机定子（电动机静止不动的部分，主要作用是产生旋转磁场）提供定子电源，为发电机提供工作磁场的机器。

同步电动机：由直流供电的励磁磁场与电枢的旋转磁场相互作用而产生转矩，以同步转速旋转的交流电动机。

转子：通俗的说就是电机中旋转的部分，主要作用是在旋转磁场中被磁力线切割进而产生（输出）电流。

直驱永磁机组

永磁直驱机组的叶轮与发电机直接相连，省去了增速齿轮箱，转子为永磁体励磁，无需外部提供励磁电源，同时也减少了励磁损耗。永磁直驱机组的发电机通过全功率变流器并网，具有效率高、噪音低、低电压穿越能力强等优点；不过此类机组的最显著问题是体积及重量较大，生产耗费原材料多，吊装难度高。

半直驱机组

半直驱机组的叶轮通过中速齿轮箱与永磁同步发电机转子连接，发电机的定子绕组通过全功率变流器连网。与直驱相比，半直驱增加了中速齿轮箱，发电机转子转速比直驱高，有利于减小发电机的体积和质量，同时保留了直驱式容量大、低电压穿越能力较强等优点。与双馈和直驱相比，半直驱是折中方案，齿轮箱制造难度较双馈低，发电机制造难度比直驱低，是目前综合经济性最优的技术路线。

高速鼠笼异步：

鼠笼异步是一种不太常见的技术路线。与双馈异步相比，鼠笼异步的主要区别在于发电机转子为封闭式笼型结构，结构比较简单。笼型异步发电机没有专门的励磁结构，通过定子侧变换器为其提供励磁，实现变速恒频控制。笼型异步风力发电系统具有可靠性较高、调速范围宽等优点。

市占率方面，从往年数据看，2018 年，全球采用半直驱传动的风机占比 3.7％，传统的高速齿轮箱传动占比 69.7％，直驱占比 26.6％。但近年在风机大型化与海风崛起的双重推动下，针对技术路线的选择正在发生一些变化。

尽管双馈是最多企业采用的一条技术路线，但其单机容量小的设计并不契合当下风机大型化的主流趋势，且故障率以及维护成本也比较高，不符合海上风电的需求，该路线在未来的发展前景一般。

直驱式的问题则在于，尽管其发电能力强，但机组成本偏高且降本难度很大。同时机组的大体积也给运输和吊装带来了一定影响，这一缺陷在单机容量越来越大的当下还会被放大。

此前相对罕见的半直驱则是当下趋势最大的受益者。由于半直驱兼具了直驱与双馈两方的优点，在成本优化与容量大型化上都有着不错表现，且其故障率低、维护少的特点，也比较适合海上风场。目前许多国内企业，如运达股份、金风科技等都开始采用半直驱设计，而出货排名第三的明阳智能更是全面转型半直驱，可以说该路线前景十分乐观。

本文内容来源于：胖君e，责任编辑：胡静，审核人：李峥

风电发电原理四大技术路线：双馈机组、直驱永磁机组、半直驱机组、高速鼠笼异步

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