电励磁直驱技术有待市场考验

虽然时间已过半年有余， 但对永磁直驱风电机组的制造商们而言，2011 年年中的那场稀土价格剧烈波动仍然是挥之不去的梦魇。
“受主要原材料稀土价格一路飙升的影响， 一台永磁直驱风力发电机中磁钢的成本最高时上涨了8~10 倍， 卖一台永磁直驱风电机组大约要亏损100 万元。”一直专注于
永磁发电技术的湘电风能公司对此感受颇深。该公司的副总经理龙辛告诉记者，“为了应对市场变化，湘电风能迅速做出了研发电励磁风力发电机新产品的决定。”

电励磁“峰回路转”
熟悉风电的人都知道， 目前国内市场的主流风电机组主要有两种， 一种是风轮经升速齿轮箱驱动双馈异步发电机，被称为“双馈型”风电机组； 另一种是风轮直接驱动
同步发电机，被称为“直驱型”风电机组。
就直驱同步发电机的励磁形式而言， 可分为电励磁和永磁两种形式。在稀土价格疯长之前，主导我国直驱风机市场的一直是永磁直驱风力发电系统， 约占我国风机市场份额的30%以上。
      据了解， 电励磁的原理是发电机的转子铜线绕组中通入直流电流，产生与永磁体等效的工作磁场。由于励磁绕组存在一定的电阻，其中通入直流电流后会产生铜损耗并转化为热。“电励磁发电机的励磁损耗约为发电机容量的2%， 也就是说， 一台2-兆瓦电励磁发电机比永磁发电机会增加约40-千瓦的励磁损耗。”龙辛表示。
      而且，“运行转速低这一客观因素迫使直驱风力发电机的极数很多， 导致电励磁同步发电机使用更多的铜、铁和硅钢片等金属材料；与同等容量的永磁发电机相比， 电励磁发电机的体积和重量增加三分之一以上。此前凭借国内丰富的稀土资源与鼓励政策， 稀土永磁磁钢的价格长期保持在低位。因此，金风科技、湘电风能等都选择了永磁直驱技术。”在风力发电领域耕耘多年的清华大学电机系教授柴建云道出了电励磁直驱发电机在国内未受重视的另一个原因。
金风科技此前就曾表示， 与电励磁技术相比， 永磁电机特别是稀土永磁电机不仅具有结构简单及运行可靠、体积小、质量轻等优点，而且运行效率较高， 在低风速下机组的输出功率也较大。
      然而，随着稀土价格疯涨，这一趋势发生了逆转。迫于成本压力，很多原本青睐永磁直驱技术的企业不得不考虑试水电励磁技术。“如今，我们的首台电励磁风力发电机已经出产， 正在国网张北风电实验基地做试验， 并已开始小批量生产。”龙辛透露。同样转投电励磁直驱路线以期规避永磁直驱发电机成本上涨压力的，还有东汽、航天万源等企业，另据有关业内人士透露， 国内永磁直驱技术排头兵金风科技也在谋划进入电励磁队列。
掣肘成本因素
      何为电励磁直驱风电机组？对于这一技术， 很多风电投资人和开发商可能还比较陌生。实际上，在风电颇为发达的德国，一直以来， 电励磁风机都占据着市场的绝对份额，德国ENERCON-GmbH 公司就是最突出的代表。该公司的电励磁风电机组牢牢占据着德国国内近60%的风电市场。而且，其价格也高于永磁风电机组。
“国内制造电励磁直驱同步发电机的能力是具备的。” 柴建云透露， 传统电力系统所用发电机几乎都是电励磁同步发电机， 只是直驱风电机组的运行转速更低一些。在发电机原理和设计、制造工艺上并无差异， 国内很多厂商都具备这种发电机的设计、制造能力。实际上， 决定企业选择电励磁还是永磁直驱的最关键因素是成本， 这一天平最终会偏向哪一方？柴建云坦言主要还是受制于稀土价格以及永磁体的用量，不能一概而论。
永磁发电机采用高磁性能烧结钕铁硼永磁磁钢，其核心元素金属钕在稀土资源中占有重要地位。对于小容量风机，如百千瓦以下风电机组，永磁机组的性价比远远高于电励磁机组。但随着机组容量的提高，运行转速下降，永磁磁钢用量增大，永磁机组对稀土价格的波动就会比较敏感。“以2-兆瓦风机为例，如果永磁体的价格超过每公斤1500 元， 改成电励磁直驱发电机后，机组的成本就会低于永磁直驱。”柴建云指出。
        直驱技术前途难测
      电励磁是否会在未来市场中博得一席之位？
      柴建云提醒整机供应商， 虽然电励磁直驱风电机组在技术实现上没有问题， 但是对永磁直驱机组进
行电励磁技术改型后， 机组其他部分的参数需相应调整， 相当于研发出一种全新的机型。因此，改型后，必须对机组进行严格周密的测试、试验和认证， 至少要经过1~2 年的考验期才能进行批量供货。
      随着机组大型化趋势的发展，大容量全功率中压变流器也可能成为制约电励磁技术发展的瓶颈。“一是目前国内对中压风电变流器生产、研发能力不足，二是随着变流器容量的进一步提高，其运行可靠性问题将会日益突出。”柴建云告诉记者。
此外，在市场推广方面，电励磁技术还存在一些困难。据了解，目前大部分投资商和开发商对新研制的国产电励磁直驱风电机组持观望态度， 直驱电励磁技术尚有待市场的长期考验。甚至有改做电励磁风机的企业表示，如果永磁体价格继续下降，即使是比电励磁还贵一点， 他们也愿意选用永磁， 毕竟是实行了几年的技术路线，不会轻易丢下。电励磁产
品的下线，只是给客户多一种选择。不难发现， 摆在电励磁面前的道路也并非一片坦途。就在永磁直驱技术制造商们看到些许曙光的的时候，2011 年12月27 日， 中国商务部下达了2012
      年第一批稀土出口配额， 数量为10546 吨， 另为未通过环保审核的企业预留了第一批出口配额，数量为14358 吨。虽然总量变化不大，但作为永磁发电机核心原材料的重稀土配额只占10%， 比去年的出口限制更为严厉。“这对永磁直驱风电机组市场可能是一个打击，” 柴建云解释说，“如果政府严格执行，配额中对重稀土限制预计将使国际市场钕铁棚价格重回上升通道， 这一趋势从国际市场传导回来预计需要半年左右的时间， 恐怕届时国内稀土磁钢的价格又要飙升了。”
      柴建云的判断并非危言耸听，尽管目前稀土价格已从高位回落，但稀土价格回归价值这一大的趋势不可扭转。届时，永磁直驱技术也许将面将临进退两难的境地。