淺析風(fēng)力發(fā)電工作原理及應(yīng)用

（國華（江蘇）風(fēng)電有限公司，江蘇鹽城市，224200）刁 帥

1 風(fēng)力發(fā)電的基本原理

風(fēng)能的原理是將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，然后轉(zhuǎn)化為機(jī)械能和輸出能。具體技術(shù)是風(fēng)使風(fēng)力葉片轉(zhuǎn)動(dòng)，使發(fā)電機(jī)內(nèi)部旋轉(zhuǎn)并切割磁場，最后能量積累裝置以電能的形式保持恒定的電流輸出。風(fēng)力發(fā)電機(jī)通常由風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片、低速軸、高速軸、風(fēng)速計(jì)、塔樓、發(fā)電機(jī)、液壓系統(tǒng)組成。其中，風(fēng)輪是一種將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)器的裝置，可根據(jù)風(fēng)向的變化改變風(fēng)輪的方向，從而最大限度地利用風(fēng)能。塔是連接和支撐風(fēng)輪和發(fā)電機(jī)的支座，其高度取決于周圍地形和風(fēng)輪的大小，以確保風(fēng)輪的正常運(yùn)行。發(fā)電機(jī)是一種將機(jī)械能從風(fēng)輪轉(zhuǎn)換為電能的裝置。

在風(fēng)力發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)中，風(fēng)力發(fā)電葉尖的線性速度與風(fēng)速的關(guān)系被定義為頂點(diǎn)速度比，這是風(fēng)力發(fā)電機(jī)的重要參數(shù)，其尺寸是影響風(fēng)力發(fā)電機(jī)功率系數(shù)的重要參數(shù)。風(fēng)力渦輪機(jī)中的電力調(diào)節(jié)是風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)工具。主要包括距離失速控制，失速控制，支架可以調(diào)整固定間距，葉片傾斜角不能按風(fēng)速調(diào)整，設(shè)計(jì)比較簡單可靠，風(fēng)機(jī)輸出功率隨著風(fēng)的速度而變化，在低風(fēng)速下使用系數(shù)較低，螺桿調(diào)整的目的是改變傾斜角，調(diào)節(jié)風(fēng)能轉(zhuǎn)換效率，最大化能量轉(zhuǎn)換效率，已達(dá)到風(fēng)力發(fā)電機(jī)電力穩(wěn)定輸出功率的目的。

2 風(fēng)能可成為未來經(jīng)濟(jì)的支柱能源

經(jīng)過風(fēng)能和太陽能資源管理中心兩年連續(xù)用400臺(tái)風(fēng)車的實(shí)際測量數(shù)據(jù)進(jìn)行測試，修正數(shù)字模擬結(jié)果和產(chǎn)生的風(fēng)力資源參數(shù)。在中國境內(nèi)根據(jù)目前的技術(shù)水平和基本技術(shù)及經(jīng)濟(jì)發(fā)展的中國風(fēng)能資源的指標(biāo)，考慮到自然的局限性，地理位置和風(fēng)能發(fā)展政策，結(jié)合大規(guī)模建設(shè)風(fēng)力發(fā)電站的要求分配相關(guān)的風(fēng)力資源，計(jì)算風(fēng)力資源在50m高度，在中國地面上空70m和100m處。技術(shù)發(fā)展水平分別為20億kW，26億kW和34億kW，中國風(fēng)能資源豐富，充分開發(fā)和利用使中國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展成為可能。有助于降低人們的生活成本和經(jīng)濟(jì)行為的生產(chǎn)成本，中國的整體價(jià)值下降，從而提高了其國際競爭力和大國形象。

3 風(fēng)力發(fā)電的現(xiàn)狀及存在的問題

中國東北部、西北部、東北沿海地區(qū)是中國風(fēng)能資源最豐富的地區(qū)。“三北”地區(qū)的海岸風(fēng)資源目前已得到高度開發(fā)和利用。同時(shí)，中國在發(fā)展小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)方面有著豐富的經(jīng)驗(yàn)，該渦輪機(jī)不落后于國外。目前，中國大風(fēng)力發(fā)電機(jī)正朝著采用國際大公司技術(shù)和聯(lián)合開發(fā)方向發(fā)展，與國外相比，技術(shù)水平和研究與開發(fā)能力存在很大差距。然而，中國有很長的小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的生產(chǎn)歷史，可以自由開發(fā)和生產(chǎn)。同時(shí)，中國有多年的應(yīng)用基礎(chǔ)，工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模基本上已經(jīng)形成。除了提供清潔的風(fēng)力發(fā)電外，在某些應(yīng)用領(lǐng)域也有額外的風(fēng)力和太陽能技術(shù)組合使用。今后，這一方案將擴(kuò)大到欠發(fā)達(dá)的西部地區(qū)和偏遠(yuǎn)的農(nóng)村地區(qū)。這些基站的負(fù)荷相對較低。如果用電，輸電線路的安裝成本非常高，使用混合風(fēng)力和太陽能系統(tǒng)可以解決能源供應(yīng)問題，并利用當(dāng)?shù)啬茉磳?shí)現(xiàn)電力自給自足。在重要的基站，備用的柴油發(fā)電機(jī)可以配置為混合風(fēng)、太陽能、柴油發(fā)電混合發(fā)電系統(tǒng)，提高電力供應(yīng)和實(shí)時(shí)通信的可靠性。

中國幅員遼闊，風(fēng)力資源非常豐富，對風(fēng)能的開發(fā)做出了巨大貢獻(xiàn)。近年來，我國高度重視風(fēng)能的發(fā)展，投入了大量的人力和財(cái)力進(jìn)行研究和開發(fā)。風(fēng)力發(fā)電總量和新增加的設(shè)備安裝容量居世界第一位。中國的風(fēng)能資源主要分布在人口稀少的西部地區(qū)、北部丘陵地區(qū)和東南沿海地區(qū)。共建造了180多座風(fēng)力發(fā)電廠，解決了地方一級的電力短缺問題。目前，中國風(fēng)能系統(tǒng)的大部分組成部分和技術(shù)是獨(dú)立開發(fā)的，但主要組成部分仍依賴于國外進(jìn)口，沒有獨(dú)立的技術(shù)。由于中國風(fēng)能發(fā)展時(shí)間較短，資源分配不均，風(fēng)能面臨著低市場價(jià)格，技術(shù)不成熟，安全保證不足這樣的挑戰(zhàn)。目前風(fēng)能的商業(yè)化水平仍然很低，沒有一個(gè)完整的市場體系，確保行業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展，仍需要投入大量人力、物力和財(cái)政資源，以發(fā)展基礎(chǔ)設(shè)施和人員。

4 風(fēng)力發(fā)電問題的解決措施

對于中國風(fēng)電技術(shù)面臨的一些問題，必須采取適當(dāng)措施，提高中國風(fēng)電技術(shù)水平。（1）大力研究、開發(fā)和管理，促進(jìn)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，不能過于依賴產(chǎn)品和技術(shù)的引進(jìn)，人才建設(shè)機(jī)制的開發(fā)和風(fēng)能的積極發(fā)展。（2）我國風(fēng)電資源配置不平衡，必須進(jìn)一步發(fā)展，實(shí)現(xiàn)不同地區(qū)風(fēng)電資源的共享。同時(shí)，還要進(jìn)一步推廣風(fēng)能的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境保護(hù)效果，使更多人能夠接受新的風(fēng)能。（3）針對風(fēng)力發(fā)電市場化普及率低的現(xiàn)狀，國家應(yīng)制定相應(yīng)的獎(jiǎng)勵(lì)和風(fēng)力發(fā)電技術(shù)發(fā)展措施。規(guī)范風(fēng)電行業(yè)市場營銷，加強(qiáng)科學(xué)企業(yè)管理，制定健全運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)，促進(jìn)風(fēng)電市場健康有序發(fā)展。（4）安全是風(fēng)力發(fā)電技術(shù)最重要的方面，是保障居民自身安全的重要因素。因此，需要加強(qiáng)風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的安全管理，消除潛在的安全風(fēng)險(xiǎn)。加強(qiáng)對人力資源匱乏的偏僻地區(qū)的監(jiān)測，特別注意風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的各種運(yùn)行指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)異常后必須盡快處理。

5 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用

中國的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)技術(shù)經(jīng)常用于建設(shè)陸上和海上風(fēng)力發(fā)電廠。然而，在建設(shè)地面發(fā)電廠的過程中，由于社會(huì)對電力的需求增加，沿海發(fā)電廠的規(guī)模繼續(xù)擴(kuò)大，占有大量土地資源。此外，大多數(shù)地面發(fā)電站離城市很近，城市的高建筑很容易影響地面發(fā)電能力。風(fēng)能系統(tǒng)的控制技術(shù)不能優(yōu)化，導(dǎo)致風(fēng)力發(fā)電效率低下，經(jīng)濟(jì)效率低下，導(dǎo)致土地資源的浪費(fèi)。但是隨著風(fēng)能系統(tǒng)管理技術(shù)的發(fā)展，相關(guān)專家開始采用風(fēng)能技術(shù)在海上使用風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。海上風(fēng)力與陸地不同，它有更豐富的風(fēng)力資源，從上述研究，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的最佳原理可以看到，風(fēng)力發(fā)電是由葉輪收集，這是影響風(fēng)力發(fā)電機(jī)最佳運(yùn)行的原因之一。在建設(shè)海上風(fēng)力發(fā)電站時(shí)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)收集的風(fēng)力發(fā)電是陸地收集的風(fēng)力發(fā)電的1.5倍。然而，建造海風(fēng)發(fā)電站的費(fèi)用很高，采用海洋風(fēng)力系統(tǒng)管理技術(shù)，尚未達(dá)到成熟程度，需要進(jìn)一步研究海洋風(fēng)能技術(shù)。

6 結(jié)語

風(fēng)能生產(chǎn)是計(jì)算機(jī)技術(shù)、空氣動(dòng)力學(xué)、建筑力學(xué)和材料科學(xué)相結(jié)合的風(fēng)能，中國風(fēng)能資源豐富，因此風(fēng)能在中國有著廣闊的發(fā)展前景，風(fēng)能的使用將極大地促進(jìn)我國的環(huán)境保護(hù)，改變能源結(jié)構(gòu)，減少對進(jìn)口能源的依賴。目前，風(fēng)能發(fā)展迅速，日趨成熟。越來越多的國家正在擴(kuò)大風(fēng)能的研究和推廣，并取得了顯著的成績。中國特別重視發(fā)展大型風(fēng)能，在陸地和海洋上，小規(guī)模風(fēng)力發(fā)電設(shè)備和設(shè)施以及補(bǔ)充風(fēng)力-太陽能技術(shù)也在積極發(fā)展。風(fēng)能生產(chǎn)將是新的綠色能源發(fā)展的一個(gè)重要方面，具有廣闊的市場前景。