風(fēng)力發(fā)電及其技術(shù)發(fā)展綜述

白曉紅

內(nèi)蒙古中廣核風(fēng)力發(fā)電有限公司

風(fēng)力發(fā)電及其技術(shù)發(fā)展綜述

白曉紅

內(nèi)蒙古中廣核風(fēng)力發(fā)電有限公司

風(fēng)是由空氣流動(dòng)引起的一種自然現(xiàn)象，它是由太陽(yáng)輻射熱引起的。因地表受太陽(yáng)輻照后氣溫等變化不均造成大量空氣流動(dòng)，其所產(chǎn)生的動(dòng)能就稱為風(fēng)能。利用風(fēng)力發(fā)電具有環(huán)境效益好、基建周期短、裝機(jī)規(guī)模靈活等優(yōu)點(diǎn)。世界氣象組織(WMO)和中國(guó)氣象局氣象科學(xué)研究院的數(shù)據(jù)分析表明，地球上可利用的風(fēng)能資源為可利用水能的20倍，約為200億KW，風(fēng)能資源相當(dāng)豐富。在應(yīng)對(duì)當(dāng)前全球氣候變暖等環(huán)境危機(jī)的背景下，風(fēng)能作為一種具備相當(dāng)優(yōu)勢(shì)、技術(shù)成熟、成本可觀的清潔型能源，已經(jīng)受到了廣泛重視并成為具有廣闊應(yīng)用前景的能源之一。

風(fēng)力發(fā)電；技術(shù)；發(fā)展

目前普遍采用的風(fēng)力發(fā)電機(jī)包括同步交流發(fā)電機(jī)﹑異步交流發(fā)電機(jī)和直流發(fā)電機(jī)三種。采用發(fā)展風(fēng)力發(fā)電其中可以減少對(duì)石化能源的依賴，減少化學(xué)物質(zhì)的排放量可以保護(hù)我們地球的環(huán)境。隨著大規(guī)?？稍偕L(fēng)力發(fā)電技術(shù)不斷進(jìn)步，在不久的將來(lái)清潔可再生風(fēng)能將會(huì)變成我們生活中不可缺少的資源。因此，國(guó)內(nèi)外許多國(guó)家都十分重視發(fā)展這一新型的可再生發(fā)電技術(shù)—風(fēng)力發(fā)電技術(shù)。加快我國(guó)風(fēng)電項(xiàng)目建設(shè)，對(duì)于促進(jìn)我國(guó)沿海地區(qū)治理大氣霧霾﹑調(diào)整能源結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式具有重要意義。

1 風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展現(xiàn)狀

風(fēng)力發(fā)電是一種利用風(fēng)動(dòng)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械動(dòng)能，再向電能轉(zhuǎn)換的過(guò)程，其工作原理是借助風(fēng)的動(dòng)力來(lái)推動(dòng)風(fēng)車葉片旋轉(zhuǎn)，再通過(guò)增速機(jī)加快風(fēng)車葉片旋轉(zhuǎn)的速度，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。風(fēng)力發(fā)電具有環(huán)保﹑節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)，自從我國(guó)2005年《可再生能源法》立法之后，風(fēng)能﹑太陽(yáng)能﹑生物質(zhì)能﹑水能以及海洋能等可再生能源的得到充分重視，在能源發(fā)展中占據(jù)著重要地位。在世界環(huán)境問(wèn)題日益嚴(yán)峻的背景下，減輕二氧化碳排放量是世界各國(guó)發(fā)展的必然要求，為順應(yīng)這種發(fā)展趨勢(shì)，降低化石能源的利用率，大力發(fā)展發(fā)電在內(nèi)的可再生能源﹑核能等，是世界能源發(fā)展的基本內(nèi)容，也是我國(guó)戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)規(guī)劃的重要組成部分，對(duì)我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)起著重要作用。

2 風(fēng)力發(fā)電機(jī)的類型

2.1 按儲(chǔ)能容量劃分

風(fēng)速的大小影響著發(fā)電機(jī)輸出功率的大小，風(fēng)速的穩(wěn)定性直接影響著發(fā)電機(jī)輸出功率的穩(wěn)定性。目前我國(guó)采用儲(chǔ)能電池通常為鉛酸蓄電池，根據(jù)風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)生的儲(chǔ)能容量風(fēng)力發(fā)電機(jī)組被劃分為如下4種種類：容量在0.1到1千瓦之間的為小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，容量在1到1000千瓦之間的為中型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，容量在1000到10000千瓦之間的為大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，容量在10000千瓦以上被視為巨型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。

2.2 根據(jù)輪軸的安裝方式劃分

1)水平軸式安裝的風(fēng)力發(fā)電機(jī)。水平軸式安裝的風(fēng)力發(fā)電機(jī)一般由塔基和塔基上部搭載的工作翼艙構(gòu)成。工作翼艙里一般會(huì)布置有齒輪調(diào)速系統(tǒng)﹑液壓系統(tǒng)﹑發(fā)電機(jī)系統(tǒng)等機(jī)構(gòu)。一般的風(fēng)機(jī)上安裝的翼片數(shù)有3到6個(gè)。水平軸式安裝的風(fēng)力發(fā)電機(jī)上安裝調(diào)向裝置是為了讓風(fēng)機(jī)上安裝的翼片最優(yōu)的迎風(fēng)角度，從而使得風(fēng)機(jī)產(chǎn)生更大的響應(yīng)容量。2)垂直軸式安裝的風(fēng)力發(fā)電機(jī)。20世紀(jì)30年代研制出了垂直軸式安裝的風(fēng)力發(fā)電機(jī)。垂直軸式安裝的風(fēng)力發(fā)電機(jī)可以分別利用翼型升力和空氣阻力做功來(lái)輸出電能。Darrieus型風(fēng)機(jī)為其中一類具有典型代表性的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，常見(jiàn)有Y型﹑H型﹑菱形等多種類型。S型風(fēng)輪是第二類風(fēng)機(jī)的典型結(jié)構(gòu)，它由兩個(gè)軸線錯(cuò)開(kāi)的半圓柱形組成，其主要優(yōu)點(diǎn)是起動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)矩較大。

3 風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

3.1 變速恒頻控制技術(shù)

在傳統(tǒng)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中，采用的大多是恒速恒頻控制技術(shù)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單﹑控制方便﹑性能可靠等優(yōu)點(diǎn)，但是，在這種控制技術(shù)下，當(dāng)風(fēng)速改變時(shí)，風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速保持不變，風(fēng)力機(jī)無(wú)法保證最佳轉(zhuǎn)速，會(huì)降低風(fēng)能利用效率，減小輸出功率，從而影響發(fā)電效率。變速恒頻控制技術(shù)就有效改變了恒速恒頻控制技術(shù)的不足，根據(jù)風(fēng)速情況適當(dāng)調(diào)節(jié)風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速，可以使風(fēng)力機(jī)保持在最佳轉(zhuǎn)速狀態(tài)，有效提高風(fēng)能利用系數(shù)，最大程度的捕獲并利用風(fēng)能，使機(jī)組運(yùn)行處于最優(yōu)化，提高發(fā)電效率。當(dāng)前，在我國(guó)風(fēng)電機(jī)場(chǎng)建設(shè)中，風(fēng)電機(jī)組控制采用的大多是變速恒頻控制技術(shù)。

3.2 單機(jī)從小容量到大容量發(fā)展

為提高風(fēng)能及發(fā)電設(shè)備的利用效率，減少風(fēng)電場(chǎng)的占地面積，使風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟(jì)利益最大化，兆瓦級(jí)大容量機(jī)組已成為發(fā)展趨勢(shì)。

3.3 定槳距向變槳距變速發(fā)展

風(fēng)能具有隨機(jī)性和爆發(fā)性的特點(diǎn)，當(dāng)風(fēng)速變化時(shí)，改變風(fēng)輪的槳距角使其保持在最佳葉尖速比。以期獲得風(fēng)能的最大利用效率。并且在電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，通過(guò)調(diào)整葉輪槳距角減少風(fēng)能捕獲，以利于機(jī)組緊急停機(jī)或配合低電壓穿越控制策略。

3.4 雙饋主導(dǎo)，直驅(qū)引領(lǐng)

由于雙饋風(fēng)機(jī)技術(shù)較為成熟﹑控制性能好﹑生產(chǎn)成本低等優(yōu)點(diǎn)，已占據(jù)風(fēng)電市場(chǎng)的主導(dǎo)地位。而與之相比的直驅(qū)電機(jī)，因減少了齒輪箱帶來(lái)的故障隱患，提高了運(yùn)行可靠性，與之相連的全功率變流技術(shù)具有良好的低電壓穿越能力。因此，直驅(qū)風(fēng)機(jī)及其衍生的半直驅(qū)風(fēng)機(jī)將引領(lǐng)未來(lái)的風(fēng)電市場(chǎng)。

3.5 變槳距調(diào)節(jié)技術(shù)

變槳距調(diào)節(jié)技術(shù)是通過(guò)在風(fēng)力機(jī)組加裝葉片槳距調(diào)節(jié)裝置，根據(jù)風(fēng)速情況來(lái)改變槳距角，在運(yùn)行時(shí)，通過(guò)槳距角的改變來(lái)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，在輸出功率小于額定功率時(shí)，槳距角為0，無(wú)需控制；在輸出功率超過(guò)額定功率時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)變槳距改變槳距角，維持輸出功率的穩(wěn)定，優(yōu)化機(jī)組輸出功率特性，改善機(jī)組的啟動(dòng)性能。變槳距調(diào)節(jié)技術(shù)不僅具有載荷控制平穩(wěn)﹑高效﹑安全的優(yōu)點(diǎn)，還可以降低槳葉所受到的應(yīng)力，減少葉片制造材料，減輕機(jī)組重量，延長(zhǎng)機(jī)組使用壽命，對(duì)風(fēng)電系統(tǒng)運(yùn)行性能提升有著積極作用。

綜上所述，風(fēng)力發(fā)電對(duì)改善我國(guó)電能情況﹑減輕環(huán)境污染﹑節(jié)約能源等都有著重要意義，大力發(fā)展風(fēng)力發(fā)電，是我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要要求。近些年來(lái)，我國(guó)風(fēng)力發(fā)電發(fā)展較為迅速，在風(fēng)力發(fā)電技術(shù)方面，有了長(zhǎng)足進(jìn)步，風(fēng)力發(fā)電的商業(yè)運(yùn)行水平不斷提高，但依然有許多不足之處。因此，加強(qiáng)對(duì)風(fēng)力發(fā)電的研究，加大在風(fēng)力發(fā)電方面的投入，是我國(guó)電力行業(yè)應(yīng)當(dāng)重視的工作。

[1] 李軍軍，吳政球，譚勛瓊，陳波.風(fēng)力發(fā)電及其技術(shù)發(fā)展綜述[J].電力建設(shè)，2011，08：64-72.

[2] 鄂春良.海上風(fēng)力發(fā)電及其控制技術(shù)[J].電器工業(yè)，2007，01：28-30.