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2．7MW／3．0MW风力发电机J100的开发

肖英龙

1 概要

近年，大力发展风电产业已经成为减少化石能源消耗和减排二氧化碳的重要措施之一。日本从2012年7月开始执行《可再生能源固定收购制度》，预计这将极大推动风电产业的发展。

日本制钢所(JSW)从2000年开始制造风力发电用塔，其后又开发了J82—2．0(旋翼直径82m，额定输出电力2000kW)风电设备并进行了商品化，现在全日本已有106台此类系列风电机组在运转。

2 JSW风力发电机(J70／J82／J100)的特征

JSW的风电机组的特征是为尽可能将结构简单化，以减少部件数量并减低故障发生率，故采用了无齿轮的永久磁铁同步发电方式。其结构方面的特点是可将风力以旋转力的方式直接传递给发电机转子，仅以永久磁铁的旋转产生电力。由于此发电机组没有原来设备具有的复杂增速机，也无必要从外部激磁，所以维修方便且噪音小。

如图1所示，J100发电机组的基本结构是发生于叶片的载荷通过轴承而能直线地传递到塔上。由于是全转换方式，在联锁上没有冲流，是对应于FRT等系统连锁要求，可得到高质量电流的体系。并且，由于对功率因素、无效电力的控制范围宽，多数情况下不用设置SVC。

无齿轮方式也促使部件数的减少，若与感应机等其他风力发电机比较，则大幅度减少了发电机舱内的部件数。并且，由于无高速旋转部分，所以消耗品和油的用量少，加之采用了自动给油装置，所以可大幅度减少保养维修费用。

如图2所示，因发电机是中空而采用了工件直通结构，维修方便。

考虑到运转率的提高和在边远地区的使用，为了使风车不停地持续运转并长期服役，开发了双重化系统及减少输出功率的机能。发电机和转换器都进行了主要和次要的双重化，即使在出现故障时也可以50％的额定功率继续运转。

3 J100型风电机组的开发

近年日本国内所建风电机组进行了大型化，一直在建设叶轮直径≥90m的2—3MW机组；而在欧洲则正在开发面向海洋的、叶轮直径≥150m的5—7MW风电机组，并开始上市销售。

日本制钢所从2008年着手进行50m长度风力叶片的开发，2009年进行了额定功率2．7MW／3．0MW风车主体(J100)的开发，从2012年开始进行首台机组的制作，计划于2013年在北九州建成风电站。

J100是以T82的运转实绩为基础而未变更基本设计的大型机。图3为发电机舱断面图；表1列出了182—2．0和J100—3．0的基本技术参数。为了在山地应用和向海外出口，预计将调整机种，在风车塔下配置转换器和变压器。

3．2 噪音

风电机组(770／J82／J100)采用了没有增速机齿轮等附加噪音的无齿轮方式，进一步降低了噪音。根据原来该所J82的使用经验，主要从结构和控制两方面入手进行静音化(如将旋转风车叶片尖端形状实现了最佳化等)，从而使J100—2．7的气动噪音模拟结果为104dB。

3．3 雷(电)对策

风电机组(J70／J82／J100)是以日本海一侧强雷(电)地区的设置应用实绩为基础，采取了IEC的标准值以上的防雷对策。因在各叶片尖端设置了接受器而强化了耐雷性能。关于雷强度，根据NEDO的制导线路，并考虑了日本的雷(电)情况而进行了相应的设计，以达到IEC标准防雷装置Ⅰ级以上水平。

并且，2010年12月在制造的风车上计测了向全电荷移送量1013C，比能为19000kJ／Ω的接受器着雷。结果各叶片主体未受损，仅接受器需维修，从而确认本设备对强雷有充分的保护能力。

4 结语

关于J100风电机组的设计和安全性评价，预计将与J82机组一样获得认证主管机构的设计认证。今后，该厂将利用首台J100风电机组的制造、建设、运转确认其性能，在有大量运转实绩的J82—2．0风电机组的基础上积累国内运转实绩，并针对日本地形、气象条件继续改进性能，促进绿色能源发展。