風(fēng)力發(fā)電

我國是世界上少數(shù)幾個(gè)以煤為主要能源的國家之一，這對(duì)環(huán)境造成的巨大壓力是不言而喻的；同時(shí)，隨著國民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，電力需求與電力供應(yīng)能力之間的矛盾越來越大.因此，逐步優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、提高能源效率、發(fā)展可再生能源，已成為我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略中不可缺少的重要組成部分.風(fēng)能作為一種清潔、可再生能源，它的開發(fā)利用已經(jīng)受到電力部門的高度重視.

一、風(fēng)力發(fā)電的優(yōu)勢(shì)

風(fēng)力發(fā)電之所以獲得快速發(fā)展，是因?yàn)檫@種發(fā)電方式具有很多獨(dú)到的優(yōu)點(diǎn)：（1）除水力發(fā)電外，風(fēng)力發(fā)電是當(dāng)今世界上可再生能源開發(fā)利用中技術(shù)最成熟、最具有規(guī)模開發(fā)和商業(yè)化發(fā)展前景的發(fā)電技術(shù)；（2）全球風(fēng)能資源豐富，其潛力約為目前全球用電量的5倍；（3）常規(guī)化石能源終將耗盡，而風(fēng)能作為可再生源，可謂取之不盡、用之不竭；（4）風(fēng)能是一種綠色環(huán)保型清潔能源，清潔無污染；（5）風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)施工周期很短，單臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的安裝時(shí)間不超過三個(gè)月，10MW級(jí)風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)期不到一年；（6）風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)對(duì)土地要求低，相關(guān)建筑設(shè)備實(shí)際占地僅占風(fēng)電場(chǎng)地1%，其余空地仍可供農(nóng)、牧、漁使用.

二、我國風(fēng)力資源分布

我國風(fēng)力資源豐富，陸地離地10米高度可開發(fā)的風(fēng)能總儲(chǔ)量約有43.5億千瓦，其中，可開發(fā)和利用的陸地風(fēng)能儲(chǔ)量有6億到10億千瓦，近海風(fēng)能儲(chǔ)量有1億到2億千瓦，共計(jì)約7億到12億千瓦.風(fēng)力資源主要分布在“三北”（西北大部、華北北部、東北北部）地區(qū)、青藏高原腹地、東部沿海陸地、島嶼及近岸海域.風(fēng)力強(qiáng)度受季節(jié)的影響尤為明顯，冬春兩季受西伯利亞高氣壓的影響，風(fēng)力較夏秋兩季強(qiáng)，在一定程度上可彌補(bǔ)冬春兩季枯水期水電發(fā)電量的不足.

三、我國風(fēng)力發(fā)電狀態(tài)

我國風(fēng)力發(fā)電起步于20世紀(jì)80年代初，主要是滿足廣大牧民生活用電的需求，主要為離網(wǎng)型小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)，單機(jī)容量為幾十瓦至幾百瓦.隨后開始研制、開發(fā)和應(yīng)用并網(wǎng)型中型風(fēng)力發(fā)電機(jī)，并在邊疆、海島、偏遠(yuǎn)地區(qū)以及少數(shù)民族地區(qū)廣泛推廣應(yīng)用.近20年來，我國已經(jīng)在河北張家口、遼寧營口、黑龍江富錦等等地區(qū)建成10多個(gè)百萬千瓦級(jí)的大型風(fēng)電基地，并初步形成幾個(gè)千萬千瓦級(jí)風(fēng)電基地.2009年，我國風(fēng)電裝機(jī)總?cè)萘砍^德國和西班牙，世界排名從第四位升到第二位.

四、風(fēng)力發(fā)電基本原理

如左下圖所示，當(dāng)閉合電路的一部分導(dǎo)體在磁場(chǎng)中做切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)體中就會(huì)產(chǎn)生電流，這就是發(fā)電機(jī)的基本原理.如右下圖所示，矩形線圈放在支架上，在它下面放一塊小磁體，用紙做一個(gè)小風(fēng)輪固定在轉(zhuǎn)動(dòng)軸上，把小發(fā)電機(jī)與小量程電流表相接，吹動(dòng)小風(fēng)輪使之轉(zhuǎn)動(dòng)，可觀察到小量程電流表的指針發(fā)生左右擺動(dòng)，這就是風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能的過程.由于線圈中的導(dǎo)線切割磁感線的方向發(fā)生周期性變化，發(fā)電機(jī)發(fā)出的是交流電.實(shí)用性風(fēng)力發(fā)電機(jī)，是利用風(fēng)力帶動(dòng)風(fēng)車葉片旋轉(zhuǎn)，再透過增速機(jī)將旋轉(zhuǎn)的速度提升，來促使發(fā)電機(jī)發(fā)電.風(fēng)力發(fā)電機(jī)因風(fēng)量不穩(wěn)定，輸出的是13V～25V變化的交流電，需經(jīng)整流、升壓，轉(zhuǎn)化為50Hz的220V交流電，才能保證穩(wěn)定使用.

五、我國風(fēng)力發(fā)電技術(shù)

（一）并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電成為主流

風(fēng)力發(fā)電通常有獨(dú)立運(yùn)行和并網(wǎng)運(yùn)行兩種運(yùn)行方式.獨(dú)立運(yùn)行的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組又稱為“離網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組”，利用一臺(tái)小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)向一戶或幾戶提供電力，在有風(fēng)期間將多余的風(fēng)電向蓄電池充電，在電力供應(yīng)不足時(shí)由蓄電池向負(fù)荷供電，適合在偏遠(yuǎn)農(nóng)牧區(qū)、海島等地利用.并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電運(yùn)行方式是將風(fēng)力發(fā)電并入常規(guī)電網(wǎng)運(yùn)行，向大電網(wǎng)提供電力，常常是一處風(fēng)電場(chǎng)安裝幾十臺(tái)甚至幾百臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)，可以克服由于風(fēng)的隨機(jī)性帶來的儲(chǔ)能問題，具有投資集中、裝機(jī)容量大、見效快、受益面廣等優(yōu)點(diǎn).

（二）水平軸風(fēng)電機(jī)組成為主流

水平軸風(fēng)電機(jī)組技術(shù)，因其具有風(fēng)電轉(zhuǎn)換效率高、轉(zhuǎn)軸較短，在大型風(fēng)電機(jī)組上更顯出經(jīng)濟(jì)性等優(yōu)點(diǎn)，日漸成為世界風(fēng)電發(fā)展的主流機(jī)型.豎直軸風(fēng)電機(jī)組因轉(zhuǎn)軸過長、風(fēng)能轉(zhuǎn)換效率不高，啟動(dòng)、停機(jī)和變槳困難等問題，目前市場(chǎng)份額很小、應(yīng)用數(shù)量有限，但由于其全風(fēng)向?qū)︼L(fēng)、變速裝置及發(fā)電機(jī)可以置于風(fēng)輪下方或地面等優(yōu)點(diǎn)，近年來，國際上相關(guān)研究和開發(fā)也在不斷發(fā)展.

（三）變槳調(diào)節(jié)技術(shù)成為主流

1.變槳調(diào)節(jié)原理

功率調(diào)節(jié)是風(fēng)力發(fā)電的核心技術(shù)之一，風(fēng)力發(fā)電機(jī)在超過額定風(fēng)速（一般為12～16m／s）以后，由于機(jī)械強(qiáng)度及其零部件承受能力的限制，必須降低風(fēng)能捕獲量，使輸出功率保持在額定值附近，從而減少葉片承受載荷和整個(gè)風(fēng)機(jī)受到的沖擊，保證設(shè)施設(shè)備不受損害.

變槳調(diào)節(jié)根據(jù)風(fēng)速的變化來調(diào)整葉片的安裝角，從而穩(wěn)定風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的輸出功率.風(fēng)速低于額定風(fēng)速時(shí)，調(diào)整葉片的安裝角，適度增大槳葉的有效迎風(fēng)面積，達(dá)到盡可能多地吸收風(fēng)能的目的.風(fēng)速超過額定風(fēng)速時(shí)，調(diào)整葉片的安裝角，適度減小槳葉的有效迎風(fēng)面積，達(dá)到適度吸收風(fēng)能，保持發(fā)電機(jī)發(fā)電功率平穩(wěn)的目的.變槳調(diào)節(jié)方式具有載荷平穩(wěn)、安全運(yùn)營等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)有絕大多數(shù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)普遍采用這種技術(shù).

2.變槳控制方式

風(fēng)力發(fā)電機(jī)變槳控制主要有兩種方式：即統(tǒng)一變槳控制和獨(dú)立變槳控制.統(tǒng)一變槳控制是最先發(fā)展起來的控制方法，是指機(jī)組的所有槳葉都由一個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制，進(jìn)行相同的安裝變化.獨(dú)立變槳控制是在統(tǒng)一變槳的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，是指風(fēng)機(jī)的每個(gè)葉片都由獨(dú)立的執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制.統(tǒng)一變槳控制具有控制簡單，成本相對(duì)較低等優(yōu)點(diǎn)，但是一旦執(zhí)行機(jī)構(gòu)出現(xiàn)故障，只能停機(jī)維修.獨(dú)立變槳控制成本較前者高，且在控制上較復(fù)雜，但是可以很好地應(yīng)付自然界中風(fēng)力在各個(gè)葉片上分布不均的問題，提高風(fēng)能的利用率，減小葉片的拍打震動(dòng)，降低風(fēng)力對(duì)機(jī)組的沖擊，同時(shí)也可以避免一個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)出現(xiàn)故障就必須停機(jī)的問題，所以說獨(dú)立變槳比統(tǒng)一變槳更具有優(yōu)勢(shì).

六、近期兩大發(fā)展趨勢(shì)

（一）從內(nèi)陸風(fēng)力發(fā)電走向沿海

我國東南沿海地區(qū)由于經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，用電缺口尤為明顯，拓展沿海地區(qū)風(fēng)力發(fā)電的規(guī)模已是大勢(shì)所趨.沿海地區(qū)的海陸風(fēng)把含有鹽分的水汽吹向風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)，鹽分與設(shè)備元器件大面積接觸，使之腐蝕的速度大大加快.科研人員相對(duì)應(yīng)地提出系列防腐保護(hù)措施：使用鋅鉻膜（達(dá)克羅）涂層工藝技術(shù)對(duì)設(shè)備金屬表面處理，使工件表面形成不易被腐蝕的稠密氧化膜；在葉片表面噴涂光觸媒涂料，它利用陽光、雨水、空氣作為基本反應(yīng)介質(zhì)，使污染物附著后被分解；對(duì)電氣元器件集中的區(qū)域進(jìn)行密封防潮、降溫保護(hù)以減緩腐蝕速度……

（二）風(fēng)電場(chǎng)的環(huán)境影響漸受關(guān)注

近年來，風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)建設(shè)過程中的環(huán)境友好性日益受到重視.選址過程中，應(yīng)以最大限度減小地表擾動(dòng)為原則，盡量減少耕地占用，規(guī)避生態(tài)保護(hù)地區(qū).在鳥類繁殖和遷徙的重要場(chǎng)所，應(yīng)盡量減少風(fēng)電場(chǎng)開發(fā)，同時(shí)，可以在風(fēng)機(jī)上描繪鷹眼和不同顏色彩條，警示鳥類繞行，有效降低鳥類碰撞風(fēng)機(jī)的概率.