風(fēng)力發(fā)電技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

摘 要 風(fēng)能是最具商業(yè)化前景的可再生能源，在全球已得到大規(guī)模的開發(fā)和利用，隨著科技的發(fā)展，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)取得了顯著的進(jìn)步。本文闡述了風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的基本類型，并對(duì)不同類型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)使用的發(fā)電機(jī)進(jìn)行了介紹，最后對(duì)風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了探討。

【關(guān)鍵詞】風(fēng)力發(fā)電 風(fēng)能 技術(shù)現(xiàn)狀 發(fā)展趨勢(shì)

在全球能源過(guò)度消耗的生態(tài)環(huán)境下，對(duì)新能源的研究和利用已成為世界熱門的話題，風(fēng)力發(fā)電是新能源發(fā)電技術(shù)中最具規(guī)模開發(fā)和商業(yè)化發(fā)展前景的發(fā)電方式，目前各國(guó)都在加大對(duì)風(fēng)力發(fā)電及其相關(guān)的技術(shù)研究。全球風(fēng)電行業(yè)年度市場(chǎng)增長(zhǎng)率達(dá)40%，已有一百多個(gè)國(guó)家涉足到風(fēng)電行業(yè)，該行業(yè)已經(jīng)成為世界能源市場(chǎng)的重要組成部分。我國(guó)近幾年風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展勢(shì)頭強(qiáng)勁，風(fēng)電新增裝機(jī)的容量穩(wěn)居全球前茅，因此，對(duì)風(fēng)力發(fā)電的技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行研究具有重要意義。

1 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的類型

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組種類很多，可以根據(jù)不同的劃分標(biāo)準(zhǔn)分成幾種類型。

1.1 按機(jī)組容量劃分

按機(jī)組容量劃分可分為小型機(jī)組、中型機(jī)組、大型機(jī)組和巨型機(jī)組。小型機(jī)組的機(jī)組容量為0.1-1kW；中型機(jī)組容量為1-1000kW；大型機(jī)組容量為1-10MW；巨型機(jī)組容量為10MW以上。

1.2 按風(fēng)力發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特征和控制方式劃分

1.2.1 恒速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)

這種風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)在上世紀(jì)八九十年代使用較多，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制方便、可靠性高，缺點(diǎn)是該系統(tǒng)轉(zhuǎn)速不隨風(fēng)速大小改變，風(fēng)能利用率不高，輸出功率不大，發(fā)電率相對(duì)較低。

1.2.2 變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)

該系統(tǒng)風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速可調(diào)節(jié)，從而適應(yīng)風(fēng)速變化，最大限度利用分能，提高系統(tǒng)發(fā)電率。該系統(tǒng)目前是大型風(fēng)電場(chǎng)中的風(fēng)電機(jī)的主流運(yùn)行方式。

1.3 風(fēng)力發(fā)電的運(yùn)行方式分類

1.3.1 離網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)

離網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)以單機(jī)獨(dú)立運(yùn)行為主，該系統(tǒng)容量一般在幾百至上千瓦級(jí)別，相對(duì)較小，主要用于缺點(diǎn)地區(qū)用戶，在城鄉(xiāng)公路供電中應(yīng)用較為廣泛。

1.3.2 并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)

并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)與常規(guī)發(fā)電模式相同，通過(guò)與大電網(wǎng)互聯(lián)提高風(fēng)能的有效利用，具有較好的經(jīng)濟(jì)性，是現(xiàn)階段比較流行的大型風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)能發(fā)電方式。

1.4 風(fēng)力發(fā)電的輸出功率調(diào)節(jié)方式分類

1.4.1 定漿距失速調(diào)節(jié)型

該類型風(fēng)電系統(tǒng)通過(guò)固定輪轂和槳葉來(lái)保持漿距角不變，該輸出功率調(diào)節(jié)方式簡(jiǎn)單，主要用于恒速運(yùn)行情況，該系統(tǒng)由于葉片較重，機(jī)組受力較大，導(dǎo)致發(fā)電效率相對(duì)較低。

1.4.2 變漿距調(diào)節(jié)型

該類型調(diào)節(jié)方式通過(guò)在風(fēng)力機(jī)上加裝葉片調(diào)節(jié)裝置來(lái)改變漿距角，使其能夠適應(yīng)風(fēng)速變化。該方式能夠減輕機(jī)組重量，使槳葉承受的壓力減小，降低機(jī)組運(yùn)行的損耗，提高系統(tǒng)運(yùn)行效率。

1.5 風(fēng)力發(fā)電機(jī)風(fēng)輪軸位置分類

風(fēng)力發(fā)電機(jī)風(fēng)輪軸按位置分為垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)和水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其中，垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)裝機(jī)成本相對(duì)較低，機(jī)組維護(hù)檢修方便，機(jī)組使用壽命長(zhǎng)。水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)技術(shù)成熟，單機(jī)容量大，啟動(dòng)性相對(duì)較好。

1.6 風(fēng)力發(fā)電的變換器功率變流技術(shù)分類

風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)按照的變換器功率變流技術(shù)分為交-交變換系統(tǒng)、交-直-交變換系統(tǒng)、混合式變換系統(tǒng)、矩陣式變換系統(tǒng)、多電平變換和諧振變換系統(tǒng)這五類。其中交-直-交變換系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)能量的雙向傳遞，輸出電流諧波含量小，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，目前風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛。

2 風(fēng)力發(fā)電機(jī)的類型和原理

風(fēng)力發(fā)電機(jī)根據(jù)結(jié)構(gòu)和運(yùn)行原理不同可以分為直流電機(jī)、感應(yīng)異步電機(jī)和同步電機(jī)幾大類。不同的發(fā)電系統(tǒng)所用的發(fā)電機(jī)不同，恒速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)常使用異步感應(yīng)電機(jī)和電勵(lì)磁同步電機(jī)，異步感應(yīng)電機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用維護(hù)方便、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，但運(yùn)行范圍較宅。電勵(lì)磁同步電機(jī)可靠性高、頻率穩(wěn)定、電能質(zhì)量好。變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)使用的電機(jī)類型比較多，常用的有籠型異步電機(jī)、繞線式異步電機(jī)、永磁同步電機(jī)、混合勵(lì)磁永磁同步電機(jī)、開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)、高壓發(fā)電機(jī)、儲(chǔ)能式發(fā)電機(jī)等。

3 風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

我國(guó)風(fēng)電行業(yè)已經(jīng)步入了快速發(fā)展的時(shí)期，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)逐漸更具規(guī)?；陀行ЩF(xiàn)已采用新的葉片技術(shù)、新型發(fā)力風(fēng)電機(jī)、新型電力電子技術(shù)等智能優(yōu)化風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，提高了可靠性和惡劣環(huán)境下的安全性。

（1）對(duì)于巨型機(jī)而言，采用延長(zhǎng)葉片會(huì)使運(yùn)輸和安裝成本增加，因此分段式葉片技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，很好的解決了運(yùn)輸和安裝問(wèn)題，同時(shí)采用強(qiáng)化碳纖維增強(qiáng)葉片剛度，玻璃鋼和熱塑等混合紗絲制造葉片，縮短了葉片的生產(chǎn)時(shí)間。

（2）采用無(wú)刷交流雙饋異步電機(jī)、開關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)和高壓發(fā)電機(jī)也降低了成本，提高了可靠性，便于設(shè)備維修及養(yǎng)護(hù)，新型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的研制仍然是當(dāng)前的重要任務(wù)。

（3）新型大功率變化器的研究和應(yīng)用勢(shì)在必行，多電平變化器相對(duì)兩電平變換器顯著的降低了功率器件的開關(guān)損耗，大幅度的提高了轉(zhuǎn)換效率，同時(shí)，新型儲(chǔ)能技術(shù)也日益受到了人們的關(guān)注，起到了維持電網(wǎng)頻率穩(wěn)定的作用。

（4）隨著風(fēng)電規(guī)模的擴(kuò)大，對(duì)電網(wǎng)的影響逐漸加深，為了不影響電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，就要求風(fēng)電發(fā)電機(jī)組不脫網(wǎng)運(yùn)行，在故障切除后盡快幫助電力系統(tǒng)恢復(fù)運(yùn)行，即低壓穿越，很多國(guó)家都在致力于研究此項(xiàng)，我國(guó)在2011年已自主研制出直驅(qū)永磁機(jī)組成功通過(guò)了低壓穿越測(cè)試，后續(xù)還需繼續(xù)完善。

（5）國(guó)外對(duì)風(fēng)電機(jī)組和風(fēng)電場(chǎng)的短期及長(zhǎng)期發(fā)電預(yù)測(cè)做了很多研究，取得了重大進(jìn)步，我國(guó)應(yīng)借鑒歐洲國(guó)家風(fēng)能功率預(yù)測(cè)在推動(dòng)風(fēng)電大規(guī)模利用方面的成功經(jīng)驗(yàn)，大力開展有關(guān)研究，提高預(yù)測(cè)技術(shù)水平。

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作者簡(jiǎn)介

王珊珊，女，大學(xué)本科學(xué)歷。研究方向?yàn)殡娏﹄姎夥较颉?/p>

作者單位

大慶油田電力集團(tuán)宏偉熱電廠 黑龍江省大慶市 163000