我國風(fēng)力發(fā)電現(xiàn)狀與技術(shù)研究

游政+陳雨晴

摘 要：隨著傳統(tǒng)化石燃料資源日益匱乏以及嚴(yán)峻的環(huán)境危機(jī)，發(fā)展可再生新能源、優(yōu)化傳統(tǒng)能源結(jié)構(gòu)、開發(fā)綠色電力迫在眉睫。風(fēng)能作為一種可再生、低污染、低排放的環(huán)保經(jīng)濟(jì)能源，隨著近年來風(fēng)力發(fā)電技術(shù)日臻成熟，加之國家相關(guān)政策的支持以及我國風(fēng)能資源豐富的天然優(yōu)勢，風(fēng)力發(fā)電在我國的新能源發(fā)電中扮演了重要的角色。本文概述了介紹了我國近年來的風(fēng)力發(fā)電現(xiàn)狀，并針對相應(yīng)的發(fā)電技術(shù)做出了介紹了分析。

關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電；現(xiàn)狀；技術(shù)

進(jìn)入工業(yè)社會以來，人類對于能源的需求呈幾何量級增長，巨大的能源消耗推動了工業(yè)化的進(jìn)程，提高了社會發(fā)展水平和人類生活質(zhì)量，但同時，燃燒化石能源也造成了難以估量的環(huán)境損失。近年來，隨著我國工業(yè)化和城市化進(jìn)程的發(fā)展，巨大的能源需求和能源、環(huán)境雙重危機(jī)，使得可再生清潔能源的開發(fā)和利用逐漸成為電力行業(yè)研究的重要方向。在這種趨勢下，風(fēng)力發(fā)電憑借自身可再生、低污染、前景廣的特點，在清潔能源開發(fā)中有著重要的地位。

1 我國風(fēng)力發(fā)電現(xiàn)狀及面臨的問題

1.1 發(fā)展現(xiàn)狀

“十五”期間，中國的并網(wǎng)風(fēng)電得到迅速發(fā)展。2006年，中國風(fēng)電累計裝機(jī)容量便已達(dá)到260萬千瓦，成為繼歐洲、美國和印度之后，風(fēng)力發(fā)電的主要市場之一。2007年，我國風(fēng)電產(chǎn)業(yè)規(guī)模迎來了暴發(fā)式增長態(tài)勢，截至2007年底全國累計裝機(jī)約600萬千瓦。2008年8月，中國風(fēng)電裝機(jī)總量已經(jīng)達(dá)到700萬千瓦，占中國發(fā)電總裝機(jī)容量的1%，位居世界第五，這也意味著中國已進(jìn)入可再生能源大國行列。2008年以來，國內(nèi)風(fēng)電建設(shè)的熱潮達(dá)到了白熱化的程度。2009年，中國（不含臺灣地區(qū)）新增風(fēng)電機(jī)組10129臺，容量13803.2MW，同比增長124%；累計安裝風(fēng)電機(jī)組21581臺，容量25805.3MW。

從各地區(qū)發(fā)展情況來看，截止到2009年12月31日，中國風(fēng)電累計裝機(jī)超過1000MW的省份超過9個，其中超過2000MW的省份4個，分別為內(nèi)蒙古（9196.2MW）、河北（2788.1MW）、遼寧（2425.3MW）和吉林（2063.9MW）?？傮w而言，中國目前的風(fēng)電場主要分布于風(fēng)力資源豐富、風(fēng)能分部密集的區(qū)域，已經(jīng)基本進(jìn)入了規(guī)?；l(fā)展的階段。同時，隨著大型機(jī)組技術(shù)的成熟，風(fēng)電的裝機(jī)容量大幅增加，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組從傳統(tǒng)的陸地區(qū)域，走向近海發(fā)電。借助海上風(fēng)能資源豐富、區(qū)域廣闊、不占用土地等多重優(yōu)點，發(fā)展近海風(fēng)力發(fā)電技術(shù)已經(jīng)成為我國風(fēng)力發(fā)電技術(shù)研究和應(yīng)用的熱點，為風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步升級提供了新思路。

1.2 面臨問題

1.2.1 風(fēng)電的不穩(wěn)定性及間斷性

由于風(fēng)能是自然資源，自身便具有不穩(wěn)定和不連續(xù)的特點，時刻變化的風(fēng)力大小，會造成產(chǎn)能時而不足，時而過剩的缺點。隨著風(fēng)電在整個電網(wǎng)系統(tǒng)中所占的比例上升，不穩(wěn)定和不連續(xù)的缺點將會被放大，導(dǎo)致電網(wǎng)在運行過程中出現(xiàn)突發(fā)故障的幾率大大提高，對電網(wǎng)的運行、規(guī)劃、管理方面都提出了更高的要求。

1.2.2風(fēng)力發(fā)電成本問題

就目前的技術(shù)成本來看，風(fēng)力發(fā)電要高于火力發(fā)電。由于風(fēng)能資源豐富的區(qū)域多位于偏遠(yuǎn)地區(qū)，需要較長的電網(wǎng)線路及配套設(shè)施建設(shè)。而且，相比傳統(tǒng)的火力發(fā)電，風(fēng)力發(fā)電收到天氣因素的制約，長期發(fā)電不足或者過剩均會提高相應(yīng)的風(fēng)電成本。

1.2.3風(fēng)力發(fā)電廠的選址問題

風(fēng)力發(fā)電廠的建設(shè)過程中，前期風(fēng)能資源調(diào)查、評估均是工程量巨大的工作，不僅要針對風(fēng)能密度進(jìn)行評估，還要?？紤]當(dāng)?shù)氐娘L(fēng)能災(zāi)害問題、電力運輸條件、自然環(huán)境保護(hù)等諸多綜合性因素

2 風(fēng)力發(fā)電技術(shù)

2.1 風(fēng)電機(jī)組功率控制技術(shù)

（1）風(fēng)力機(jī)變槳距控制

根據(jù)風(fēng)力機(jī)葉片在輪轂的安裝結(jié)構(gòu)可將風(fēng)機(jī)電阻劃分成定槳距和變槳距兩個大類。定槳距風(fēng)電機(jī)組的特點是，葉片固定在輪轂上，槳葉的安裝角不隨風(fēng)速變化而變化。

變槳距風(fēng)電機(jī)組的葉片與輪轂直接則是以非剛性的連接方式，特點為：葉片針對不同風(fēng)速情況，可以繞葉片縱梁調(diào)節(jié)截距，保持在最佳的風(fēng)向攻角度，從而使得風(fēng)電機(jī)組在不同風(fēng)速下，始終可以保持在最佳轉(zhuǎn)換效率的工作狀態(tài)下，獲得最大的輸出功率。當(dāng)風(fēng)速過大，高于所設(shè)定的最大值時，風(fēng)力機(jī)不再工作，葉片順槳以保護(hù)風(fēng)力機(jī)。變槳距的風(fēng)電機(jī)組在運行過程中，當(dāng)輸出功率小于額定功率時，槳距角保持在0°位置不變，不作任何調(diào)整；當(dāng)發(fā)電機(jī)輸出功率達(dá)到額定功率以后，調(diào)節(jié)系統(tǒng)根據(jù)輸出功率的變化調(diào)整槳距角的大小，使發(fā)電機(jī)的輸出功率保持在額定功率。此時控制系統(tǒng)參與調(diào)節(jié)，形成閉環(huán)控制，主要的變槳距方式有電液伺服和電氣伺服兩種。

（2）風(fēng)力機(jī)偏航控制技術(shù)

偏航控制系統(tǒng)一般由偏航軸承、驅(qū)動裝置、制動器、計數(shù)器、扭纜保護(hù)裝置、偏航液壓回路組成，主要有被動迎風(fēng)偏航控制系統(tǒng)和主動迎風(fēng)偏航控制系統(tǒng)兩種。前者主要適用于獨立的小型化風(fēng)電機(jī)組，在其工作過程中，由尾舵控制，在風(fēng)向發(fā)生變化時，被動對風(fēng)；后者主要用于大型化的并網(wǎng)風(fēng)電機(jī)組，由位于下風(fēng)向的風(fēng)向標(biāo)發(fā)出風(fēng)向信號，主動對風(fēng)控制。

偏航控制系統(tǒng)的主要作用為：與風(fēng)電機(jī)組控制系統(tǒng)相互配合，使得風(fēng)機(jī)葉片始終處于迎風(fēng)狀態(tài)，提高發(fā)電效率；保障風(fēng)電機(jī)組的安全運行。

（3）恒速恒頻風(fēng)力發(fā)電技術(shù)

傳統(tǒng)的恒速恒頻發(fā)電系統(tǒng)，由于風(fēng)速經(jīng)常性變化，而風(fēng)力機(jī)則保持固定轉(zhuǎn)速，這導(dǎo)致風(fēng)能利用率低下，風(fēng)力機(jī)常常運行在低效狀態(tài)。

總之，恒速恒頻風(fēng)力發(fā)電技術(shù) ，風(fēng)能利用率低、需要無功補(bǔ)償裝置、輸出功率不可控、葉片特性要求高等不足，成為制約并網(wǎng)風(fēng)電場容量和規(guī)模的嚴(yán)重障礙。

（4）變速恒頻風(fēng)力發(fā)電技術(shù)

變速恒頻發(fā)電是一種新型的發(fā)電技術(shù)，通過調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電流的大小、頻率和相位，或變槳距控制.實現(xiàn)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié).可在很寬的風(fēng)速范圍內(nèi)保持近乎恒定的最佳葉尖速比，進(jìn)而實現(xiàn)追求風(fēng)能最大轉(zhuǎn)換效率；同時又可以采用一定的控制策略靈活調(diào)節(jié)系統(tǒng)的有功、無功功率，抑制諧波.減少損耗.提高系統(tǒng)效率，因此可以大大提高風(fēng)電場并網(wǎng)的穩(wěn)定性。主要性能特點特點如下：

（1）傳統(tǒng)的恒速恒頻發(fā)電方式由于只能固定運行在同步轉(zhuǎn)速上，當(dāng)風(fēng)速改變時風(fēng)力機(jī)就會偏離最佳運行轉(zhuǎn)速，導(dǎo)致運行效率下降。而采用變速恒頻發(fā)電方式，能保證風(fēng)力機(jī)始終運行在最佳轉(zhuǎn)速上，始終捕獲最大風(fēng)能。

（2）變速恒頻發(fā)電可以在異步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子側(cè)施加三相低頻電流實現(xiàn)交流勵磁，控制勵磁電流的幅值、頻率、相位實現(xiàn)輸出電能的恒頻恒壓，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

3 總結(jié)

風(fēng)力發(fā)電已經(jīng)成為當(dāng)前電力行業(yè)中一個極具發(fā)展?jié)摿Φ姆较?，因為風(fēng)能資源清潔性、低成本性等眾多優(yōu)勢，加上我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的支持，我們應(yīng)該加強(qiáng)對風(fēng)能資源的利用。近年來，我國的風(fēng)力發(fā)電得到了長足的發(fā)展，雖然在發(fā)展過程中遇到了不小的挑戰(zhàn)，但是隨著國家在風(fēng)電行業(yè)的進(jìn)一步投入，各類新興技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展，風(fēng)力發(fā)電具有非常樂觀的前景，將會成為我國發(fā)展綠色經(jīng)濟(jì)的重要助力。

參考文獻(xiàn)

[1]王毅，朱曉榮，趙書強(qiáng).《風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的建模與仿真》[J].中國水利水電出版社，2015，1

[2]王志新.《現(xiàn)代風(fēng)力發(fā)電技術(shù)及工程應(yīng)用》[J].電子工業(yè)出版社，2010，

作者簡介

游政（1994-），男，福建省龍巖市，本科在讀。

陳雨晴（1994-），女，福建省龍巖市，本科在讀。