關(guān)于新能源風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展探討

趙嘉偉 趙正杰 李先龍

摘 要：新能源的開發(fā)與利用問題逐漸成為全球共同關(guān)注的話題，而風(fēng)力發(fā)電作為一種清潔、可再生的新能源，它的使用和發(fā)展對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會(huì)進(jìn)步產(chǎn)生重要影響。文章簡(jiǎn)要介紹風(fēng)力發(fā)電的相關(guān)概念，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的常見故障，并對(duì)于風(fēng)力發(fā)電發(fā)展過程中存在的問題，提出行之有效的改善策略，以期促進(jìn)我國(guó)風(fēng)能資源的開發(fā)利用，促進(jìn)其健康發(fā)展。

關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電；發(fā)電機(jī)；發(fā)展

中圖分類號(hào)：TM614 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2019）05-0161-02

風(fēng)能既是一種清潔能源，又是一種可再生資源，因此風(fēng)力發(fā)電受到社會(huì)各界的關(guān)注。風(fēng)力發(fā)電因其自身的優(yōu)點(diǎn)逐漸受到廣泛應(yīng)用，與此同時(shí)對(duì)我國(guó)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)生重要影響。但是風(fēng)力發(fā)電的應(yīng)用和發(fā)展過程中存在著一些問題，對(duì)其產(chǎn)生不利影響。因此必須提出行之有效的改善策略，才能促進(jìn)我國(guó)風(fēng)力發(fā)電事業(yè)穩(wěn)健發(fā)展。

1 有關(guān)風(fēng)力發(fā)電的相關(guān)概念

1.1 風(fēng)力發(fā)電的特點(diǎn)

風(fēng)力發(fā)電是指將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能。風(fēng)能發(fā)電是利用風(fēng)力發(fā)電機(jī)及相關(guān)系統(tǒng)，將風(fēng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，在進(jìn)一步轉(zhuǎn)換成電能的過程。風(fēng)力發(fā)電作為一種新能源，因?yàn)椴恍枰褂萌魏稳剂?，所以不?huì)有輻射和空氣污染問題的產(chǎn)生。同時(shí)風(fēng)力發(fā)電廠的建設(shè)周期短于其他類型發(fā)電廠的建設(shè)周期，裝機(jī)規(guī)模靈活，并且維護(hù)成本較低。

1.2 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的常見類型

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的常見類型主要有定槳矩失速型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組和變速變槳矩恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組兩種，但從發(fā)電機(jī)種類又分為異步型電機(jī)和同步型電機(jī)兩種。定槳矩失速型風(fēng)力機(jī)組因?yàn)槭褂卯惒叫桶l(fā)電機(jī)，使其構(gòu)造相對(duì)簡(jiǎn)單，造價(jià)及維護(hù)成本低，而應(yīng)用廣泛，但是該類型機(jī)組存在故障率較高的問題。而變速變槳矩恒頻發(fā)電機(jī)組具有較好的穩(wěn)定性，在低成本、易控制的同時(shí)還具有較好的轉(zhuǎn)化效率，但是其變速變槳、恒頻系統(tǒng)因?yàn)闃?gòu)造較復(fù)雜，所以維護(hù)成本較高。目前同步發(fā)電在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中已經(jīng)有很好的應(yīng)用，以金風(fēng)科技生產(chǎn)的1.5MW直驅(qū)永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)組為這一類型的代表機(jī)型，因其機(jī)組穩(wěn)定性好，發(fā)電可利用率高，機(jī)組維護(hù)簡(jiǎn)單，具有較大的發(fā)展?jié)撃?，其升?jí)換代產(chǎn)品還處于不斷開發(fā)中。

2 風(fēng)力發(fā)電機(jī)的常見故障及分析

風(fēng)力發(fā)電機(jī)作為風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的核心，直接影響著風(fēng)力發(fā)電廠的運(yùn)行，但同時(shí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)也容易受各種因素影響產(chǎn)生故障。針對(duì)不同的風(fēng)力發(fā)電機(jī)故障要做到及時(shí)發(fā)現(xiàn)、及時(shí)維修，并要最好定期維護(hù)檢修工作，才能保證風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的正常運(yùn)行。常見的風(fēng)力發(fā)電機(jī)故障有如下幾種類型。

2.1 葉片故障

葉片是風(fēng)力發(fā)電機(jī)中運(yùn)作最頻繁的部分，同時(shí)也更容易出現(xiàn)故障。常見的葉片故障有葉片斷裂，葉片傳動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械故障。變槳系統(tǒng)在工作發(fā)電時(shí)要不停的對(duì)葉片進(jìn)行控制。在實(shí)際過程中，風(fēng)力發(fā)電廠所處環(huán)境相對(duì)較差，風(fēng)力發(fā)電機(jī)工作時(shí)存在因?yàn)闊o法對(duì)準(zhǔn)風(fēng)向、或是風(fēng)速不均勻變化等問題造成的輪轂偏斜、振動(dòng)或葉片彎曲等現(xiàn)象，在此過程中葉片內(nèi)各種部件會(huì)頻繁受不均勻的機(jī)械力、風(fēng)力、重力等因素影響，因此要做好葉片定期維護(hù)檢修工作，以保障葉片的正常運(yùn)行壽命。

2.2 變流器故障

風(fēng)力發(fā)電廠建設(shè)環(huán)境都在自然環(huán)境較為惡劣的地區(qū)，因此風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的變流器會(huì)受到惡劣環(huán)境影響，例如高溫、潮濕、灰塵等問題，從而影響變流器的正常運(yùn)行，造成變流器故障。變流器故障通常為電力元器件故障。在變流器工作時(shí)，這些元器件運(yùn)行在高電壓、高溫度或是運(yùn)行功率頻繁變化的環(huán)境。造成變流器元器件故障的原因是多是因?yàn)榄h(huán)境因素、設(shè)備本身質(zhì)量、接觸不良或是負(fù)荷電流過高等問題引起。

2.3 發(fā)電機(jī)故障

發(fā)電機(jī)是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組將風(fēng)能轉(zhuǎn)換成電能的關(guān)鍵。發(fā)電機(jī)因處于長(zhǎng)期運(yùn)作過程中，所以容易受到變工況或是環(huán)境的影響，造成設(shè)備故障。發(fā)電機(jī)故障包括發(fā)電機(jī)自身過熱、軸承過熱、振動(dòng)過大及絕緣體損壞等不同故障。發(fā)電機(jī)不同故障的成因也不同，例如針對(duì)振動(dòng)過大問題，可能是設(shè)計(jì)制造環(huán)境存在問題，也可能是運(yùn)行存在問題，同時(shí)也不排除在檢修中存在問題。因此要根據(jù)不同的故障類型、故障成因，進(jìn)行具體分析，及時(shí)維修，做好定期維護(hù)工作。

2.4 變槳系統(tǒng)故障

變槳系統(tǒng)可以根據(jù)變速、變槳等不同要求，調(diào)節(jié)葉片角度，控制風(fēng)機(jī)的輸出功率，實(shí)現(xiàn)槳距角的調(diào)節(jié)工作。變槳系統(tǒng)故障通常有電機(jī)溫度故障、變槳柜電容溫度故障、電容電壓故障、傳感器故障、開關(guān)故障等多種故障。因此要根據(jù)不同的故障，做好檢修工作。例如針對(duì)電機(jī)過溫的問題，要逐步檢查軟件版本是否需要更新、變槳變頻器與電纜連接是否產(chǎn)生虛連、電機(jī)溫度傳感器的阻值和電纜連接狀態(tài)，通過及時(shí)排查和維修，正確處理變槳系統(tǒng)故障。

2.5 偏航系統(tǒng)故障

風(fēng)力發(fā)電機(jī)的偏航系統(tǒng)通常因?yàn)樨?fù)載過重或是軸承出現(xiàn)損壞等問題產(chǎn)生偏航系統(tǒng)故障。相關(guān)偏航設(shè)備的固定螺栓等級(jí)問題、齒輪質(zhì)量問題、熱處理問題，連接問題等都是造成偏航系統(tǒng)故障的因素之一。其次，偏航設(shè)備的相關(guān)部件存在更換難度較大的問題，其主要是因?yàn)楦鼡Q部件自身較重，且更換空間較小，因此需要相關(guān)工作人員提高認(rèn)識(shí)，加強(qiáng)檢修，不可忽視偏航系統(tǒng)的維護(hù)工作，才能提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)的工作質(zhì)量，促進(jìn)風(fēng)力發(fā)電事業(yè)的發(fā)展[1]。

3 關(guān)于新能源風(fēng)力發(fā)電發(fā)展存在的問題

3.1 缺乏研發(fā)力度

風(fēng)力發(fā)電發(fā)展的基礎(chǔ)應(yīng)立足于技術(shù)和設(shè)備的完善上。但是，我國(guó)目前的風(fēng)力發(fā)電技術(shù)和設(shè)備缺乏研發(fā)力度，相關(guān)投入不足。我國(guó)缺少專業(yè)的國(guó)家研發(fā)機(jī)構(gòu)和完善的相關(guān)測(cè)試平臺(tái)，也不具備完善的標(biāo)準(zhǔn)和體系。同時(shí)，我國(guó)也缺少相應(yīng)的先進(jìn)零部件、設(shè)備制造能力和技術(shù)?，F(xiàn)階段，我國(guó)多是購(gòu)買國(guó)外的先進(jìn)設(shè)備，然后進(jìn)行組裝或加工。因此，國(guó)外的相關(guān)技術(shù)更加先進(jìn)，我國(guó)缺乏核心技術(shù)的掌控，也因此缺乏競(jìng)爭(zhēng)力。此外，我國(guó)還缺少專業(yè)的技術(shù)型人才，人才的缺失導(dǎo)致我國(guó)無法將先進(jìn)技術(shù)吸收轉(zhuǎn)化為自身的技術(shù)，難以促進(jìn)我國(guó)風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展[2]。

3.2 缺乏完善的相關(guān)管理制度

現(xiàn)階段，我國(guó)風(fēng)力發(fā)電缺乏相對(duì)完善的管理制度，在技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、相關(guān)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)制造上缺乏規(guī)范化的標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)在風(fēng)力發(fā)電廠的選址上也缺少更深入的了解和研究。大型風(fēng)力發(fā)電廠的選址要綜合考慮并網(wǎng)技術(shù)、電網(wǎng)系統(tǒng)構(gòu)造等多方面影響因素。同時(shí)，缺乏相對(duì)完整的認(rèn)證評(píng)價(jià)體系和運(yùn)行檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，在發(fā)電機(jī)組的檢測(cè)上也同樣缺乏具有針對(duì)性檢測(cè)。目前，我國(guó)多數(shù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)制造商缺乏相關(guān)認(rèn)證和檢查，這種狀況極有可能影響發(fā)電機(jī)的使用壽命，對(duì)風(fēng)電場(chǎng)造成不利影響。

3.3 開發(fā)秩序缺乏規(guī)范

現(xiàn)階段，我國(guó)相關(guān)政府部門、開發(fā)商及供電企業(yè)都積極的參與到風(fēng)力發(fā)電的建設(shè)和規(guī)劃工作中，但是其中缺乏統(tǒng)一規(guī)劃。不同的版本之間存在差異，風(fēng)力發(fā)電的裝機(jī)規(guī)模和開發(fā)工作上有明顯差異，彼此之間難以協(xié)調(diào)，開發(fā)秩序缺乏規(guī)范。電網(wǎng)企業(yè)和投資商之間缺乏對(duì)電網(wǎng)規(guī)劃的及時(shí)料及，容易造成脫節(jié)問題，從而影響風(fēng)電開發(fā)工程的順利進(jìn)行。

4 推動(dòng)風(fēng)力發(fā)電發(fā)展的有效措施

4.1 加大研發(fā)力度，完善體系

為推動(dòng)我國(guó)風(fēng)力發(fā)電發(fā)展，首先要加大研發(fā)力度，培養(yǎng)專業(yè)型人才。專業(yè)的人才是發(fā)展和完善風(fēng)力發(fā)電體系的基礎(chǔ)。其次，相關(guān)企業(yè)要對(duì)現(xiàn)有資源進(jìn)行合理的分配和整合，形成科學(xué)的資源評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，并不斷在此基礎(chǔ)上進(jìn)行完善，逐漸加大相關(guān)科研機(jī)構(gòu)的資金投入，提高風(fēng)力發(fā)電的設(shè)計(jì)水準(zhǔn)。從根本上提高風(fēng)力發(fā)電的技術(shù)水平，才能促進(jìn)風(fēng)力發(fā)電事業(yè)發(fā)展。風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展還要與相關(guān)設(shè)備的研發(fā)相結(jié)合，形成科學(xué)、規(guī)范化的風(fēng)力發(fā)電廠。

4.2 相關(guān)政策扶持

首先，我國(guó)風(fēng)力發(fā)電受技術(shù)及相關(guān)因素影響，所以存在成本相對(duì)較高的問題。其次，我國(guó)風(fēng)力資源豐富地區(qū)多為西部欠發(fā)達(dá)地區(qū)，一方面存在電力輸送成本高的問題，另一方面相關(guān)地區(qū)還需要投入較高的電力設(shè)施建設(shè)成本、運(yùn)營(yíng)投資和維護(hù)費(fèi)用，因此在缺乏扶持力度條件下，不利于當(dāng)?shù)卮罅堪l(fā)展風(fēng)力發(fā)電。目前，我國(guó)已經(jīng)明確頒布了《可在再生資源的發(fā)電價(jià)格和費(fèi)用分?jǐn)偣芾碓囆蟹椒ā?。這條法律規(guī)定的實(shí)行可以促進(jìn)風(fēng)力發(fā)電開發(fā)，有利于節(jié)約風(fēng)力發(fā)電成本，但實(shí)際上處于頒布階段，還沒有正式的實(shí)行。其次，在投入風(fēng)力發(fā)電的企業(yè)逐漸增多的情況下，要引導(dǎo)相關(guān)企業(yè)發(fā)展，使風(fēng)力發(fā)電企業(yè)成為系統(tǒng)、完整的產(chǎn)業(yè)群體。企業(yè)間要逐漸形成良性競(jìng)爭(zhēng)模式，互相促進(jìn)，從而形成一個(gè)逐漸發(fā)展向上的產(chǎn)業(yè)群體，才能推動(dòng)風(fēng)力發(fā)電事業(yè)的前進(jìn)，促進(jìn)我國(guó)政治經(jīng)濟(jì)發(fā)展[3]。

4.3 推動(dòng)跨區(qū)外送

風(fēng)能的開發(fā)、利用與規(guī)模受多方面因素影響。風(fēng)力發(fā)電具有隨機(jī)波動(dòng)的特點(diǎn)，因此相關(guān)系統(tǒng)中的電源要在能滿足負(fù)荷的同時(shí)做到根據(jù)風(fēng)力發(fā)電的變化進(jìn)行調(diào)節(jié)。大規(guī)模風(fēng)電消納可以促進(jìn)系統(tǒng)的便利性。隨著風(fēng)力發(fā)電的開發(fā)規(guī)模逐漸擴(kuò)大，本地的消納能力逐漸難以滿足開發(fā)需求，因此需要不斷借助電網(wǎng)的資源優(yōu)化配置功能。相關(guān)風(fēng)電廠可以通過跨區(qū)、跨省電網(wǎng)互聯(lián)的方式，在區(qū)域電網(wǎng)內(nèi)、外開發(fā)風(fēng)力發(fā)電消納平臺(tái)。我國(guó)的風(fēng)力資源分布相對(duì)集中，因此我國(guó)的風(fēng)力發(fā)電開發(fā)規(guī)模也相對(duì)來說呈現(xiàn)大規(guī)模、集中式的狀況。所以在基地的建設(shè)上就要做好風(fēng)電外送的基礎(chǔ)?，F(xiàn)階段，隨著我國(guó)電力資源的開發(fā)規(guī)模逐漸擴(kuò)大，各種電力能源的調(diào)節(jié)功能逐漸增強(qiáng)，因此適應(yīng)風(fēng)電變化的能力也與之增強(qiáng)。我國(guó)應(yīng)在風(fēng)電逐漸滿足當(dāng)?shù)匦枨蟮幕A(chǔ)上，推動(dòng)富余風(fēng)電的跨區(qū)外送，才能促進(jìn)風(fēng)力發(fā)電企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益增長(zhǎng)[4]。

4.4 改善風(fēng)電波動(dòng)性問題

風(fēng)電的調(diào)峰是指在電網(wǎng)調(diào)度中利用其它電源的過程。電網(wǎng)中所能容納的風(fēng)電容量受到電網(wǎng)的規(guī)模、布局以及電源結(jié)構(gòu)、負(fù)荷等因素影響。同時(shí)，風(fēng)力發(fā)電具有一定的隨機(jī)性和波動(dòng)性，且波動(dòng)范圍較大。多方面因素導(dǎo)致電力系統(tǒng)在調(diào)度運(yùn)行過程中存在較大壓力。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及人們生產(chǎn)生活方式的逐漸變化，我國(guó)的用電方式與用電結(jié)構(gòu)也相應(yīng)產(chǎn)生變化。我國(guó)每年的用電峰谷差都有較大差別，且呈現(xiàn)逐年加大的趨勢(shì)。在系統(tǒng)負(fù)荷呈現(xiàn)最大狀態(tài)時(shí)，風(fēng)電的輸出功率可能呈現(xiàn)為零的狀態(tài)；而系統(tǒng)負(fù)荷最小時(shí)，又有可能是風(fēng)電輸出滿功率。因此相關(guān)風(fēng)力發(fā)電廠應(yīng)該配備一定具有較佳調(diào)峰功能的機(jī)組，這種才能有效緩解電力系統(tǒng)調(diào)峰問題，促進(jìn)風(fēng)力發(fā)電的合理運(yùn)用，推動(dòng)我國(guó)風(fēng)力發(fā)電事業(yè)的合理發(fā)展。

5 結(jié)語

綜上所述，風(fēng)能的開發(fā)利用是我國(guó)能源開發(fā)的朝陽產(chǎn)業(yè)，風(fēng)力發(fā)電的應(yīng)用和發(fā)展對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)生重要影響。因此盡管目前我國(guó)風(fēng)力發(fā)電上尚存在一些不足之處，但通過政策扶持、制度完善等科學(xué)合理的措施，必然可以促進(jìn)風(fēng)力發(fā)電長(zhǎng)期健康可持續(xù)發(fā)展。

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