風(fēng)電技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用

□吳仲理 嚴(yán)循進(jìn) 盧仕維

隨著社會(huì)的發(fā)展和進(jìn)步，社會(huì)對(duì)能源的需求和依賴也越來(lái)越大。為解決日益緊張和惡化的能源危機(jī)，改善環(huán)境，世界上各個(gè)國(guó)家都加快了對(duì)新能源的開發(fā)與研究利用。風(fēng)力發(fā)電技術(shù)作為可再生的清潔能源，近年來(lái)備受關(guān)注、重視與利用，是一種具有很好發(fā)展前景的新型發(fā)電技術(shù)。

一、風(fēng)電發(fā)展的背景

隨著人類社會(huì)的發(fā)展與工業(yè)革命的繼續(xù)推進(jìn)發(fā)展，世界性的能源危機(jī)持續(xù)爆發(fā)，同時(shí)能源需求卻源源不斷，并且逐年呈上升需求趨勢(shì)。風(fēng)能作為一種可再生綠色環(huán)保清潔能源，既不消耗礦物質(zhì)能源，又不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，其建設(shè)周期短、建設(shè)規(guī)模靈活，具有極好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。風(fēng)電作為新能源發(fā)展項(xiàng)目，因其資源豐富，綠色環(huán)保，可再生，技術(shù)成熟，對(duì)解決能源危機(jī)是一個(gè)很好的出路。我國(guó)是風(fēng)力資源最豐富的國(guó)家，風(fēng)能儲(chǔ)量世界第一。按照開發(fā)利用60%的比例，那么風(fēng)能將滿足目前我國(guó)的全部用電負(fù)荷與需求。

二、風(fēng)電研究應(yīng)用的意義

自古以來(lái)，其實(shí)風(fēng)能很早就被利用，風(fēng)車抽水、風(fēng)車磨面等就是很好的例子。風(fēng)力資源作為一種可再生能源，其潛在能量巨大，全球的風(fēng)能約為2．74 億兆瓦。其中可利用能源約為2 百萬(wàn)兆瓦，同比可開發(fā)利用的水能總量要大十倍，是通過(guò)燃燒不可再生資源獲得能量的三倍之多。當(dāng)前，我國(guó)80%以上的發(fā)電量主要依靠煤電，這樣一來(lái)，既產(chǎn)生了大量的溫室氣體，又對(duì)大氣環(huán)境造成了極大的污染和惡化。

為了改變因?yàn)槊弘娫斐傻沫h(huán)境污染，同時(shí)有效保護(hù)煤這一不可再生的資源，大力發(fā)展風(fēng)電技術(shù)就顯得尤為重要。發(fā)展采用風(fēng)力發(fā)電，不僅低碳環(huán)保，還不需要為風(fēng)力資源投入成本，大自然的風(fēng)能取之不盡用之不竭，風(fēng)力發(fā)電也不會(huì)造成環(huán)境輻射或空氣污染，利用好了還可帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。我們國(guó)家風(fēng)力資源豐富，這為風(fēng)力發(fā)電提供了強(qiáng)有力的保障。所有的這些，都為風(fēng)力發(fā)電成為今后新能源發(fā)展的主要方向提供了各種保障和有利條件。

三、國(guó)內(nèi)、外風(fēng)力發(fā)電技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

(一)國(guó)內(nèi)風(fēng)力發(fā)電現(xiàn)狀。近現(xiàn)代以來(lái)，我國(guó)利用風(fēng)力發(fā)電的歷史較國(guó)外晚一些。尤其和風(fēng)能發(fā)電發(fā)展非常發(fā)達(dá)的國(guó)家如德國(guó)、美國(guó)、西班牙等國(guó)相比較，還存在一定的差距與水平。20 世紀(jì)80 年代起，風(fēng)力發(fā)電發(fā)展迅猛，發(fā)展初期研制的風(fēng)機(jī)主要為1 kW、10 kW、55 kW、220 kW 等多種小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，后期，在引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)與自主創(chuàng)新相結(jié)合下，開始研制開發(fā)可充電型風(fēng)電機(jī)組，并在海上風(fēng)電場(chǎng)與內(nèi)陸風(fēng)電場(chǎng)得以廣泛推廣應(yīng)用，目前有的風(fēng)機(jī)已遠(yuǎn)銷海外。到2007 年底，我國(guó)風(fēng)機(jī)裝機(jī)容量已達(dá)到6．05 GW，年發(fā)電量占全國(guó)總發(fā)電量的0．8%左右，比2000 年同類發(fā)電量增加了近10 倍，我國(guó)的風(fēng)力發(fā)電量已飛躍至世界第5 位。僅2014 年，新增裝機(jī)容量2335．05 萬(wàn)千瓦，同比前一年增長(zhǎng)45．1%，累計(jì)裝機(jī)容量1．1476339 億千瓦，同比前一年增長(zhǎng)25．5．%，發(fā)展的速度與勢(shì)頭很好很快。風(fēng)力發(fā)電在我國(guó)發(fā)展非常迅猛，裝機(jī)容量占有率有了很大的提升。隨著國(guó)家對(duì)新能源的大力推廣與研究重視，風(fēng)力發(fā)電將逐漸成為我國(guó)能源結(jié)構(gòu)中的重要組成部分。

(二)國(guó)外風(fēng)力發(fā)電現(xiàn)狀。20 世紀(jì)70 年代起，世界范圍內(nèi)發(fā)生了嚴(yán)重的能源危機(jī)，各國(guó)政府通過(guò)政策支持和資金補(bǔ)貼，大力鼓勵(lì)和提倡發(fā)展風(fēng)電業(yè)務(wù)。風(fēng)能的開發(fā)和利用在歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家應(yīng)用較好，尤其是德國(guó)、西班牙、荷蘭、丹麥等西歐國(guó)家，風(fēng)電在電網(wǎng)中所占比例顯著提升。到了20 世紀(jì)80 年代末，國(guó)際市場(chǎng)繼續(xù)降低風(fēng)力發(fā)電的成本，一些條件較好的風(fēng)電場(chǎng)發(fā)電的單位成本只有8 美分/千瓦時(shí)，1．5 美分/千瓦時(shí)風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行維護(hù)成本，成本呈逐漸下降趨勢(shì)。

截至2007 年底，世界風(fēng)電總裝機(jī)容量為94，112 MW，其中德國(guó)22，247 MW，領(lǐng)先處于世界第一的位置，美國(guó)16，818MW，世界第二，我國(guó)風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)容量為6，050MW，居世界第五位。資料顯示，目前全球有20 個(gè)大風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)，其中有13 個(gè)位于歐洲，德國(guó)、西班牙成為歐洲最大的風(fēng)力發(fā)電國(guó)。截至2007 年末，風(fēng)力發(fā)電在整個(gè)電力供應(yīng)中的比例僅為0．5%，但在歐洲一些風(fēng)電發(fā)達(dá)國(guó)家，其比例達(dá)到10%以上。從世界能源需求發(fā)展及環(huán)境保護(hù)等角度來(lái)說(shuō)，風(fēng)力發(fā)電將逐漸成為新能源發(fā)展的一個(gè)新的標(biāo)桿和方向，這對(duì)解決世界能源危機(jī)和環(huán)境保護(hù)來(lái)說(shuō)將提供很好的解決方案。

四、風(fēng)電研究的應(yīng)用與實(shí)現(xiàn)

(一)風(fēng)電場(chǎng)電氣系統(tǒng)。隨著風(fēng)電場(chǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，風(fēng)電場(chǎng)與電網(wǎng)或電力用戶的相互聯(lián)系越來(lái)越緊密。單臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的發(fā)電能力是有限的，大規(guī)模風(fēng)力發(fā)電都是在風(fēng)電場(chǎng)中實(shí)現(xiàn)的，風(fēng)電場(chǎng)是在一定的地域范圍內(nèi)，將所有風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、輸變電設(shè)備、基礎(chǔ)建筑設(shè)施、管理運(yùn)行維護(hù)人員等有機(jī)組合的集合體。

風(fēng)電場(chǎng)電氣系統(tǒng)分為4 個(gè)主要部分:風(fēng)電機(jī)組、集電線路部分、變電站及場(chǎng)用電系統(tǒng)。風(fēng)電機(jī)組除了風(fēng)力)機(jī)和發(fā)電機(jī)以外，還包括變頻器和對(duì)應(yīng)的機(jī)組升壓變壓器，目前風(fēng)力發(fā)電機(jī)一般輸出電壓為0．69kV，每臺(tái)風(fēng)機(jī)經(jīng)過(guò)箱式變壓器將電壓升至35kV，再通過(guò)集電線路的方式將幾臺(tái)風(fēng)機(jī)組變電后的線路匯集，匯集到35kV 架空線路或電纜方式輸送到風(fēng)電場(chǎng)升壓變電站(主變);風(fēng)電場(chǎng)主變?cè)賹⒓妳R集的電能升高到110kV，最終通過(guò)電纜接入電網(wǎng)系統(tǒng)。如圖1所示。

圖1 某風(fēng)電場(chǎng)輸變電系統(tǒng)

(二)風(fēng)電場(chǎng)的應(yīng)用與實(shí)現(xiàn)。依據(jù)貴州省氣象局最新的風(fēng)能資源評(píng)價(jià)結(jié)論，貴州某地10m 高平均風(fēng)速可達(dá)5．0m/s 左右，風(fēng)功率密度可達(dá)150w/m2，屬風(fēng)能資源可利用區(qū)，可建設(shè)大中型風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)。該地風(fēng)電場(chǎng)由在建的I、II 期風(fēng)電場(chǎng)及規(guī)劃的III、IV 期共四個(gè)風(fēng)電場(chǎng)組成，四個(gè)風(fēng)電場(chǎng)共用一座110kv 的升壓站，升壓站設(shè)在風(fēng)電場(chǎng)里面。風(fēng)電場(chǎng)規(guī)劃總裝機(jī)容量192MW，共裝機(jī)96 臺(tái)風(fēng)機(jī)，風(fēng)電機(jī)組的單機(jī)容量為2，000KW。該風(fēng)電場(chǎng)屬于清潔環(huán)保型發(fā)電企業(yè)，待后續(xù)1 期工程建成后，每年可為電網(wǎng)部門提供上網(wǎng)電量約4．5 億千瓦時(shí)，每年可為社會(huì)節(jié)省標(biāo)準(zhǔn)煤15．6 萬(wàn)噸，減少二氧化碳等溫室氣體排放量約37 萬(wàn)噸，節(jié)約用水105．5 萬(wàn)噸。這一風(fēng)電項(xiàng)目的建成投產(chǎn)，有效地解決了當(dāng)?shù)啬茉葱枨螅瑯O大地改善了當(dāng)?shù)氐臍夂颦h(huán)境，同時(shí)為地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)發(fā)展起到了積極的應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

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