風(fēng)力發(fā)電技術(shù)與應(yīng)用探析

郎澤旭

摘要：在當(dāng)今社會(huì)，人們?cè)絹?lái)越能感受到能源的緊缺，因此，可再生能源成為人們普遍追求的一個(gè)方向。在這當(dāng)中，風(fēng)力發(fā)電倍受人們關(guān)注，因?yàn)槠涑杀镜?，污染小，具有廣闊的發(fā)展前景。近年來(lái)，我國(guó)風(fēng)力發(fā)電市場(chǎng)快速發(fā)展，與此同時(shí)，對(duì)于發(fā)電技術(shù)的要求也越來(lái)越高。本文針對(duì)風(fēng)力發(fā)電的技術(shù)、發(fā)電站的選址，以及風(fēng)力發(fā)電的趨勢(shì)做了詳細(xì)闡述。

關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電；風(fēng)力發(fā)電技術(shù)；發(fā)電站選址；風(fēng)力發(fā)電趨勢(shì)

Abstract: in today's society, more and more people can feel the energy shortage, therefore, renewable energy to become widely in one direction. In the midst of this, wind power, attention because of its low cost, low pollution, has a broad development prospects. In recent years, the rapid development of wind power market in China, at the same time, more and more is also high to the requirement of power generation technology. Based on wind power technology, the power station's location, and the trend of wind power in detail in this paper.

Key words: wind power generation; Wind power generation technology; Power station site selection; Trend of wind power

中圖分類(lèi)號(hào)：TK8文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：

一、 風(fēng)力發(fā)電概述

1、 風(fēng)力發(fā)電的概述

在過(guò)去，人們普遍采用的煤炭、石油、天然氣等傳統(tǒng)能源進(jìn)行發(fā)電，但是因?yàn)檫@些能源是不可再生資源，終有一天會(huì)被用盡。為了滿(mǎn)足正常需求，人們開(kāi)始探索新能源，并對(duì)其進(jìn)行利用，風(fēng)能就是其中之一。在諸如日本、美國(guó)、英國(guó)等國(guó)家，每年都會(huì)遭到龍卷風(fēng)的襲擊，而龍卷風(fēng)所攜帶的風(fēng)能能量非常巨大，可以在很短的時(shí)間內(nèi)將整棵大樹(shù)連根拔起。曾經(jīng)有人對(duì)此做過(guò)研究，拔起一棵大樹(shù)所需要的能量折合為電能大概是750萬(wàn)千瓦的功率。據(jù)調(diào)查顯示，每年全球風(fēng)能大概是2.74×109MW,如果能夠有效利用其來(lái)發(fā)電，可以發(fā)電100億千瓦，這個(gè)數(shù)據(jù)是全球所有水力發(fā)電站的9倍。

我國(guó)土地廣闊，所能利用的風(fēng)力資源也是比較巨大的，其中陸地風(fēng)能約2.5億千瓦，海上風(fēng)能7.5億千瓦。和傳統(tǒng)能源相比較，風(fēng)能不依賴(lài)于任何礦物能源，發(fā)電的成本也比較穩(wěn)定，如果可以很好地對(duì)這些風(fēng)能進(jìn)行利用，可以大幅降低我國(guó)對(duì)煤炭資源的依賴(lài)，同時(shí)也可以減輕對(duì)環(huán)境的污染，更好的做到可持續(xù)發(fā)展。

2、風(fēng)力發(fā)電的原理

風(fēng)是由于空氣的流動(dòng)而形成的，風(fēng)能具有隨機(jī)性，并且可以隨著高度的變化而變化。風(fēng)力發(fā)電其實(shí)就是利用風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，將空氣流動(dòng)產(chǎn)生的風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，最終轉(zhuǎn)化為電能。

二、風(fēng)力發(fā)電技術(shù)研究

在現(xiàn)實(shí)生活中，風(fēng)力發(fā)電是利用風(fēng)帶動(dòng)風(fēng)車(chē)上的葉片進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，在這個(gè)過(guò)程中，將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，然后通過(guò)轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，從而達(dá)到發(fā)電的目的。

風(fēng)力發(fā)電裝置一般有三個(gè)結(jié)構(gòu)：風(fēng)輪、發(fā)電機(jī)、鐵塔。風(fēng)輪是由兩只或者兩只以上葉輪組成，對(duì)質(zhì)量的要求比較高，需要經(jīng)得起風(fēng)吹日曬，并且質(zhì)量要輕。當(dāng)風(fēng)力撞到葉輪上時(shí)，可以將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。在早期社會(huì)，因?yàn)轱L(fēng)向以及風(fēng)速等原因的影響，風(fēng)力發(fā)電時(shí)有時(shí)無(wú)，很不穩(wěn)定。為了解決這個(gè)問(wèn)題，現(xiàn)在人們經(jīng)過(guò)創(chuàng)新，在風(fēng)機(jī)上邊加入齒輪變速箱，以此來(lái)滿(mǎn)足風(fēng)力以及風(fēng)向的需求。這樣可以避免因風(fēng)速或風(fēng)向造成的電壓不穩(wěn)，保證頻率的穩(wěn)定。鐵塔是為了支撐風(fēng)輪以及發(fā)電機(jī)，保護(hù)風(fēng)輪免受地表亂流的影響。發(fā)電機(jī)是完成發(fā)電最后一步的必要設(shè)備，它可以將機(jī)械能順利轉(zhuǎn)化為電能，以供人們需要。

由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)備安裝在戶(hù)外，因此，為了使發(fā)電機(jī)組能夠有效使用，安全運(yùn)行，在進(jìn)行發(fā)電機(jī)組選擇時(shí)一定要把好關(guān)，選用優(yōu)質(zhì)的材料，采用先進(jìn)的技術(shù)，綜合考慮結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，風(fēng)力負(fù)荷，葉片應(yīng)力，調(diào)速機(jī)構(gòu)，限速裝置等因素，做好設(shè)備的選擇工作。

截止到目前為止，我國(guó)風(fēng)力發(fā)電還不是很成熟，還有許多方面需要改進(jìn)。主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1、風(fēng)電電網(wǎng)和傳統(tǒng)電網(wǎng)合并后可能會(huì)造成電壓閃變，進(jìn)而造成諧波污染。在此過(guò)程中，如果風(fēng)速快于切出風(fēng)速，風(fēng)機(jī)就會(huì)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。而風(fēng)機(jī)的運(yùn)行和風(fēng)速息息相關(guān)，風(fēng)速又具有不穩(wěn)定性，因此很難保證風(fēng)速一直不變。不論電場(chǎng)中發(fā)電機(jī)同時(shí)啟動(dòng)還是同時(shí)停止，都會(huì)對(duì)整個(gè)電網(wǎng)產(chǎn)生極大的影響。

2、怎樣才能更好地利用風(fēng)能。

影響風(fēng)能的利用最關(guān)鍵的是風(fēng)能的轉(zhuǎn)化率太低，因此在設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮到這點(diǎn)。一般情況下，改變風(fēng)輪機(jī)葉片的迎風(fēng)面和縱向的旋轉(zhuǎn)軸之間的夾角來(lái)調(diào)節(jié)葉輪片的受力，同時(shí)調(diào)節(jié)在大風(fēng)時(shí)風(fēng)機(jī)輸出功率的增加量，以此保證輸出功率的穩(wěn)定。當(dāng)風(fēng)電場(chǎng)在額定風(fēng)速以上時(shí)，變漿距就會(huì)發(fā)揮作用，調(diào)節(jié)葉片的角度，將輸出功率控制在額定范圍內(nèi)。當(dāng)風(fēng)電場(chǎng)在額定風(fēng)速以下時(shí)，變漿距會(huì)將葉片角度調(diào)至零度附近，用以控制輸出功率。除了這個(gè)作用，變漿距還有一個(gè)顯著優(yōu)點(diǎn)，就是在風(fēng)速達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，風(fēng)力機(jī)會(huì)自動(dòng)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，但如果是變距型風(fēng)力機(jī)，可以有效地避免這一情況的發(fā)生，它可以將角度調(diào)節(jié)至槳葉可以負(fù)載的模式，避免風(fēng)機(jī)停止，從而更有效的利用風(fēng)能。

3、風(fēng)力發(fā)電站選址

風(fēng)力不僅會(huì)因季節(jié)的變化而變化，也會(huì)因?yàn)榈孛驳淖兓兓?，因此，在進(jìn)行發(fā)電站選址時(shí)一定要綜合考慮到各方面因素，具體選址如下：

(1)峽谷風(fēng)力比較大的地方。比如盆地或者是低洼地形交流的峽谷地。這種地方風(fēng)力一般比較大，可以更好地利用風(fēng)能。

(2)建在用電中心。在用電量比較大的地方進(jìn)行發(fā)電站建設(shè)，可以很好地利用風(fēng)能，避免浪費(fèi)。

(3)建在交通比較便利的地方。這種地方建發(fā)電站可以方便材料的運(yùn)輸，節(jié)省建站時(shí)間，同時(shí)也方便發(fā)電站管理。

(4)年平均風(fēng)速在3m/s以上，運(yùn)行風(fēng)速達(dá)為4m/s以上的時(shí)間達(dá)4000小時(shí)以上。將發(fā)電站建在這個(gè)地方可以保證充足的電量，不會(huì)對(duì)人們的日常生活造成影響。

因?yàn)轱L(fēng)力隨著季節(jié)的變化而變化，因此在建設(shè)風(fēng)力發(fā)電站的過(guò)程中，要注意風(fēng)力流向問(wèn)題。如果是在比較寬闊的場(chǎng)地，可以采用風(fēng)向跟蹤技術(shù)，如果地勢(shì)比較狹窄，可以在風(fēng)口處安裝帶有逆止閥取風(fēng)裝置，以此來(lái)接收各個(gè)方向的來(lái)風(fēng)，并且把收集到的風(fēng)向引導(dǎo)單項(xiàng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組處，有效避免風(fēng)力不足的情況。

對(duì)于風(fēng)力發(fā)電站來(lái)說(shuō)，選址非常重要。如果能用人工建筑物收集風(fēng)力，可以將風(fēng)力發(fā)電機(jī)的廠(chǎng)房以及線(xiàn)路集中布置，避免土地浪費(fèi)，同時(shí)，也便于發(fā)電站的管理。對(duì)于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組來(lái)說(shuō)，如果可以采用正負(fù)電荷采集電機(jī)，可以使設(shè)備簡(jiǎn)單化，并且可以使系統(tǒng)更加穩(wěn)定，從而將風(fēng)力發(fā)電站的建設(shè)成本降到最低。

四、風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展趨勢(shì)

1、風(fēng)力發(fā)電成本降低。和太陽(yáng)能，生物質(zhì)能等其他新能源相比，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)更成熟，成本也比較低，對(duì)環(huán)境的污染也相對(duì)較少。隨著風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的不斷發(fā)展，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組所需的費(fèi)用也越來(lái)越少，同時(shí)日常維護(hù)成本也在不斷地減少。

2、風(fēng)電設(shè)備國(guó)產(chǎn)化。2005年7月, 國(guó)家發(fā)展和改革委關(guān)于風(fēng)電建設(shè)管理有關(guān)要求的通知中明確規(guī)定: 風(fēng)電設(shè)備國(guó)產(chǎn)化率要達(dá)到70%以上。實(shí)現(xiàn)風(fēng)電設(shè)備國(guó)產(chǎn)化主要是為了提高中國(guó)風(fēng)力發(fā)電設(shè)備制造技術(shù)，降低風(fēng)力發(fā)電的成本，提高市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力，進(jìn)而推動(dòng)中國(guó)風(fēng)力發(fā)電技術(shù)不斷走上大規(guī)模的商業(yè)化趨勢(shì)。同時(shí)隨著國(guó)產(chǎn)風(fēng)電設(shè)備的不斷發(fā)展，風(fēng)電設(shè)備的價(jià)格也會(huì)越來(lái)合適。

3、 海上風(fēng)力發(fā)電逐漸興起。近年來(lái)，隨著陸地風(fēng)機(jī)總數(shù)的不斷飽和，海上風(fēng)力發(fā)電逐漸興起，成為風(fēng)力發(fā)電的研究熱點(diǎn)。在我國(guó)，海上風(fēng)力資源遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于陸地風(fēng)力資源。2010年，上海風(fēng)力發(fā)電機(jī)總裝機(jī)容量達(dá)到200--300 MW。截止目前，我國(guó)正在對(duì)江蘇近海風(fēng)電進(jìn)行規(guī)劃，而上海海上風(fēng)力發(fā)電以處于準(zhǔn)備階段。

4、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組不斷大型化。隨著技術(shù)的不斷改進(jìn)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組不斷趨于大型化。2002年，國(guó)際風(fēng)力發(fā)電主流機(jī)型已達(dá)1.5MW 以上。目前，歐洲發(fā)電機(jī)組達(dá)3. 6MW，美國(guó)以研制成功7MW風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。中國(guó)研制城的發(fā)電機(jī)組最大功率為2-3MW, 國(guó)產(chǎn)風(fēng)電機(jī)組目前的主流機(jī)型為1.5MW。

五、結(jié)語(yǔ)

隨著科技的不斷發(fā)展，人們對(duì)于風(fēng)能的認(rèn)識(shí)也在不斷加深。我國(guó)人口較多，對(duì)于能源的需求也比較大，政府也在不斷加大風(fēng)力發(fā)電的研究。我國(guó)自身也有諸多有利條件，例如海岸線(xiàn)綿長(zhǎng)、風(fēng)力資源豐富等。作為可再生資源，風(fēng)力發(fā)電的前景非常好，將成為我國(guó)可再生能源中極具規(guī)?；蜕虡I(yè)化的新能源。

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