風力發(fā)電技術發(fā)展現(xiàn)狀以及行業(yè)發(fā)展分析

徐冬青

【摘 要】社會經(jīng)濟發(fā)展伴隨著巨大的能源消耗，傳統(tǒng)能源產(chǎn)業(yè)面臨資源供給不足、環(huán)境污染嚴重等問題。風能作為可再生新能源，可以有效緩解傳統(tǒng)能源的危機。風力發(fā)電是利用風能的有效手段之一，正在世界范圍內(nèi)迅速發(fā)展，擁有廣闊的發(fā)展前景。論文首先闡述了風力發(fā)電的原理與特點、系統(tǒng)組成和技術要點，在分析國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀和面臨的挑戰(zhàn)的基礎上，展望了風力發(fā)電行業(yè)的發(fā)展。

【Abstract】Social and economic development is accompanied by tremendous energy consumption， the traditional energy industry is facing problems such as insufficient resource supply and serious environmental pollution. As renewable energy， wind energy can effectively relieve the traditional energy crisis. Wind power is one of the effective means of using wind energy， and it is developing rapidly in the world and has a broad development prospect. At first， this paper expounds the principle and characteristics of wind power， system composition and main technical points， based on the analysis of development at home and abroad on the basis of current situation and challenges， prospects the development of wind power industry.

【關鍵詞】風力發(fā)電；發(fā)展現(xiàn)狀；行業(yè)發(fā)展分析

【Keywords】 wind power generation； development status； industry development analysis

【中圖分類號】TM614 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-1069（2017）12-0044-02

1 引言

能源產(chǎn)業(yè)支撐著社會經(jīng)濟不斷向前發(fā)展，隨著能源消耗的日益增長、社會環(huán)境意識的不斷提升，可再生新能源的開發(fā)和利用受到了世界各國的普遍重視。風能具有清潔、安全、可再生的特點，是重要的可再生新能源之一。風力發(fā)電作為能源利用的重要手段，是對傳統(tǒng)能源發(fā)電的重要補充，可以有效緩解電力行業(yè)對煤炭、石油等傳統(tǒng)能源的依賴，實現(xiàn)電力行業(yè)的能源結(jié)構(gòu)多樣化。再者，風力發(fā)電也有利于環(huán)境和生態(tài)的保護，不同的發(fā)電形式都會對環(huán)境造成不同程度的影響，風力發(fā)電相對于傳統(tǒng)能源發(fā)電，空氣污染近乎零，氣候改變也非常低，水質(zhì)污染以及野生動物等方面影響也近乎零[1]。本文首先介紹了風力發(fā)電的原理和特點、風力發(fā)電系統(tǒng)和發(fā)電機類型、風力發(fā)電的技術要點；然后分析了風力發(fā)電的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀和面臨的挑戰(zhàn)；最后展望了風力發(fā)電行業(yè)的發(fā)展前景。

2 風力發(fā)電

2.1 風電發(fā)電的原理和特點

風力發(fā)電的過程就是把風能經(jīng)由機械能轉(zhuǎn)換為電能的過程，風能轉(zhuǎn)化為機械能的過程由風輪實現(xiàn)，機械能轉(zhuǎn)化為電能的過程由風力發(fā)電機及其控制系統(tǒng)實現(xiàn)。風力進入發(fā)電系統(tǒng)后便作為發(fā)電系統(tǒng)的輸入信號，通過風力控制器輸出槳距角信號，調(diào)整機械轉(zhuǎn)矩和輸出功率。該機械功率接著被傳輸?shù)桨l(fā)電機中，轉(zhuǎn)化為電能后最終傳輸?shù)诫娋W(wǎng)中，完成了從風能到電能轉(zhuǎn)化的全過程[2]。風力發(fā)電的主要特點有：可再生清潔能源、建設周期短、裝機規(guī)模靈活、可靠性高、造價低、運行維護簡單、實際占地面積小、發(fā)電發(fā)電方式多樣化、單機容量小。

2.2 風力發(fā)電系統(tǒng)和發(fā)電機類型

2.2.1 風力發(fā)電系統(tǒng)

風力發(fā)電系統(tǒng)主要由風力發(fā)電機組構(gòu)成，它通常包括風輪機、傳動結(jié)構(gòu)、發(fā)電機、自動控制裝置以及支撐鐵塔等。常見的風力發(fā)電系統(tǒng)有：①恒速及感應發(fā)電系統(tǒng)，目前使用最為廣泛。該風力發(fā)電系統(tǒng)優(yōu)點包括結(jié)構(gòu)簡單、造價低、便于控制和后期維護，缺點是它不能有效控制無功補償、供電效率低；②變速恒頻雙饋式發(fā)電系統(tǒng)，在電力生產(chǎn)中應用廣泛。該風力發(fā)電系統(tǒng)優(yōu)勢在于穩(wěn)定性好、易于控制、不需要無功補償、風力利用效率高和生產(chǎn)安全成本低，劣勢是發(fā)電系統(tǒng)本身成本高、后期維護較為復雜；③變速同步發(fā)電系統(tǒng)。該風力發(fā)電系統(tǒng)穩(wěn)定性好、無需無功補償并且適應性好，然而它還處于應用摸索階段，系統(tǒng)中部分設備造價偏高，因此目前的應用不是很廣泛。

2.2.2 風力發(fā)電機的類型

風力發(fā)電機種類繁多，有不同的分類方法。常見的分類有，按發(fā)電容量劃分[3]，一般劃分為：小型機（0.1～1000 W）、中型機（1～1000 kW）、大型機（1～10 MW）和巨型機（>10 MW）；按葉片數(shù)量分，可以分為單葉片、雙葉片、三葉片、四葉片和多葉片；按風輪軸的安裝方式劃分，一般劃分為水平軸和垂直軸；按槳葉工作原理分，可以分為升力型和阻力型。

2.3 風力發(fā)電技術

基于電網(wǎng)運行的現(xiàn)狀和大規(guī)模開發(fā)風電的長遠利益考慮，風電場輸出功率可控性的提高，是目前風力發(fā)電技術的重要發(fā)展方向。另外，風力發(fā)電技術發(fā)展的主要問題包括風電質(zhì)量、機械結(jié)構(gòu)和機組控制。針對風電質(zhì)量問題，可以使用超導儲能技術穩(wěn)定風電發(fā)電機組的輸出電壓和頻率；在機械結(jié)構(gòu)方面，一是可以改善機械結(jié)構(gòu)的動力學設計，另外也可以使用先驅(qū)系統(tǒng)；在控制技術上，目前常采用系統(tǒng)模型控制，但也有一定的局限性。為了更好地解決這些問題，在未來我們需要加強風電技術的研究，根據(jù)可再生能源發(fā)展政策，促進風電技術在商業(yè)化發(fā)展中得到更好的應用[。endprint

3 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀和面臨的挑戰(zhàn)

3.1 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

目前，風力發(fā)電已經(jīng)在全球掀起了一股發(fā)展熱潮。德國、美國、丹麥和荷蘭是世界上風能利用最好、發(fā)展最好、技術也比較先進的四個國家。從全球風電裝機容量來看，近年來全球新增裝機容量有所增加，2012-2016年的年平均復合增長率為5%。2016-2017年，風電產(chǎn)業(yè)增長依然強勁，中國等亞洲國家對于風電產(chǎn)業(yè)的政策扶持會進一步熱化風電產(chǎn)業(yè)，預計2017年全球風電新增容量將近6萬MW。根據(jù)新能源振興規(guī)劃，預計到2020年我國風機裝機總量將達到1.5億kW，將超過電力總裝機總量的10%。

3.2 我國風力發(fā)電面臨的機遇和挑戰(zhàn)

我國是風力資源豐富的國家之一，我國的風力資源主要分布在“三北”地區(qū)（東北三省、內(nèi)蒙古、甘肅、青海和新疆等）、東南海沿海地區(qū)和內(nèi)陸局部地區(qū)，這些地區(qū)可開發(fā)利用的風能儲量約2億kW，占全國可利用儲量的80%?，F(xiàn)階段，我國風力發(fā)電的規(guī)模還在不斷增大，也就意味著風力發(fā)電在我國電力資源中的比例在不斷增加。在國家政策鼓勵支持下，我國的風電技術取得了一定的成果，但是和國際先進水平相比較，還存在一定的差距。其中風力發(fā)電應用中的很多關鍵技術被國外少數(shù)企業(yè)壟斷，阻礙了風力發(fā)電的進一步推廣應用。因此，需要對目前的風力發(fā)電技術不斷完善，在技術上不斷創(chuàng)新?lián)碛凶灾髦R產(chǎn)權。從風力發(fā)電的成效上看，我國很多建成的風電場處于閑置狀態(tài)，輸出電能利用率較低。造成風電“發(fā)得出、送不出”的情況的主要原因是風電入網(wǎng)問題。因為我國風能資源主要分布區(qū)域也是電網(wǎng)分布較弱的地區(qū)，因此風力發(fā)電面臨著電網(wǎng)不堪重負的問題。這需要統(tǒng)籌協(xié)調(diào)電力規(guī)劃，同時也需要技術突破降低入網(wǎng)成本?？偠灾?，我國目前的風力發(fā)電還有很大的發(fā)展空間，風力發(fā)電技術的研究也至關重要。

4 風力發(fā)電行業(yè)發(fā)展展望

隨著煤炭、石油、天然氣等不可再生資源的日益短缺以及這些傳統(tǒng)資源在使用過程中導致的環(huán)境污染問題日趨嚴重，可再生新能源的開發(fā)在能源產(chǎn)業(yè)中顯得尤為重要。風力發(fā)電是目前可再生能源開發(fā)利用的重要方式之一，風力發(fā)電技術日趨成熟，未來發(fā)展前景十分廣闊。

首先，對于大型的陸上風力發(fā)電系統(tǒng)，未來的單機容量會不斷增大，風機的高度也在不斷上升，產(chǎn)出效率也會不斷增加。

其次，未來小型的風力發(fā)電行業(yè)預計會迅速發(fā)展。中小型風電場的建設成本低，相對于常規(guī)電力優(yōu)勢明顯。目前需要克服的主要問題是無風期間不能供電，針對這個問題，可以在發(fā)電機組配備少量蓄電池，同時風力發(fā)電組還可以和其他動力源聯(lián)合使用，比較常見的聯(lián)合方式有風力-柴油發(fā)電、風力-太陽能電池發(fā)電等[4]。

另外，海上風力發(fā)電市場規(guī)模極大，同時風險也極高，備受各國關注，正在掀起研究和投資熱潮，預計到2020年，海上風電裝機將達到3000萬kW。我國海上風能資源豐富，東部沿海地區(qū)具有開發(fā)風電的非常好的條件。

【參考文獻】

【1】汪旭旭，劉毅，江娜，等. 風力發(fā)電技術發(fā)展綜述[J].電氣開關 2013， 51（3）：16-19.

【2】蘭江.風力發(fā)電技術發(fā)展及關鍵問題探究[J].中國高新技術企業(yè)， 2016（19）：70-72.

【3】賈宏新，張宇，王育飛，等.儲能技術在風力發(fā)電系統(tǒng)中的應用[J]. 可再生能源，2009，27（6）：10-15.

【4】李濱波，段向陽.風力發(fā)電機原理及風力發(fā)電技術[J].湖北電力， 2007，31（6）：54-55.endprint