風力發(fā)電及其技術發(fā)展研究

冀飛鶯　郭政建

摘 要：風力發(fā)電是一種環(huán)保、節(jié)能的發(fā)電方式，對社會的可持續(xù)發(fā)展起著重要作用，具有無污染、可再生、能量大等優(yōu)點，是當前電力行業(yè)研究的重要內(nèi)容。文章對風力發(fā)電及其技術的發(fā)展展開研究，以促進風力發(fā)電的進一步發(fā)展，為我國風力發(fā)電事業(yè)的進步提供幫助。

關鍵詞：風力發(fā)電；技術；發(fā)展

中圖分類號：TM315 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）02-0015-01

近些年來，隨著我國社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，對電力能源的需求持續(xù)增加，但在傳統(tǒng)火力電中，煤炭資源是不可再生，資源的日益緊張與需求之間存在嚴重矛盾。在此背景下，可再生能源的開發(fā)利用得到人們廣泛重視，風力發(fā)電技術應運而生，發(fā)展十分迅速，對其展開研究，有著重要的現(xiàn)實意義。

1 風力發(fā)電的發(fā)展現(xiàn)狀

風力發(fā)電是一種利用風動能轉(zhuǎn)換為機械動能，再向電能轉(zhuǎn)換的過程，其工作原理是借助風的動力來推動風車葉片旋轉(zhuǎn)，再通過增速機加快風車葉片旋轉(zhuǎn)的速度，帶動發(fā)電機發(fā)電。

風力發(fā)電具有環(huán)保、節(jié)能等優(yōu)點，自從我國2005年《可再生能源法》立法之后，風能、太陽能、生物質(zhì)能、水能以及海洋能等可再生能源的得到充分重視，在能源發(fā)展中占據(jù)著重要地位。

在世界環(huán)境問題日益嚴峻的背景下，減輕二氧化碳排放量是世界各國發(fā)展的必然要求，為順應這種發(fā)展趨勢，降低化石能源的利用率，大力發(fā)展發(fā)電在內(nèi)的可再生能源、核能等，是世界能源發(fā)展的基本內(nèi)容，也是我國戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)規(guī)劃的重要組成部分，對我國國民經(jīng)濟增長起著重要作用[1]。

我國的風力發(fā)電始于上世紀80年代中期，初次商業(yè)化運行的風電機容量等級為55 kW，在經(jīng)過近三十年的發(fā)展后，我國風力發(fā)電市場有了長足進步。根據(jù)CWEA2015年的相關統(tǒng)計，截止2014年年底，我國風電累計裝機容量約為114 609 MW左右，累計安裝風機組76 241臺，同比增長25.4%；在2014年中，全國新增安裝風機組13 121臺，新增裝機容量23 196 MW，同比增長44.2%。

我國風能資源十分豐富，可開發(fā)利用的風能儲量大約為10億 kW，其中，陸地風能儲量與海上可開發(fā)利用風能儲量分別占2.5億 kW和7.5億 kW作用，因此，除了陸上風力發(fā)電之外，做好海上風力發(fā)電也十分重要。就2014年海上風電裝機情況來看，我國海上風電新增裝機61臺，新增裝機容量為229.3 MW，同比增長487.9%，其中，有56.7%屬于潮間帶裝機。由此可知，我國海上風力發(fā)電水平遠遠低于陸地風力發(fā)電，加強在海上風力發(fā)電方面的開發(fā)與利用，是我國未來風力發(fā)電的重要趨勢之一。

風力發(fā)電除了具有環(huán)保、節(jié)能的優(yōu)點之外，由于風力是一種可再生能源，可以實現(xiàn)重復利用，具有永不枯竭的優(yōu)點，相較于火力或水力發(fā)電方式，風電的基建周期更短，裝機規(guī)模也較為靈活。但是，風力發(fā)電也存在一些不足之處，比如容易產(chǎn)生噪音或者視覺污染，需要占據(jù)大量的土地，風力發(fā)電的穩(wěn)定性、可控性較差，發(fā)電成本較高，還會對鳥類生存環(huán)境產(chǎn)生一定破壞。

2 風力發(fā)電技術發(fā)展趨勢

風力發(fā)電技術是一項綜合性非常強的技術，與空氣動力學、機械學、電機學、材料學、力學以及自動控制技術等都有著密切聯(lián)系。在近些年來，隨著風力發(fā)電的不斷發(fā)展以及各種技術的創(chuàng)新，風力發(fā)電技術也有了很大水平提升，具體體現(xiàn)在以下兩個方面。

2.1 風力發(fā)電機組容量、機型方面的發(fā)展

在風力發(fā)電技術的發(fā)展當中，降低發(fā)電成本、提高發(fā)電效率和可靠性，是其主要發(fā)展目標之一。在風能發(fā)電效率提升方面，主要是通過增大風力發(fā)電機的單機容量，來提高風能利用效率，在進入新世紀后，德國研制出了5 MW和6 MW風力發(fā)電機，對風能發(fā)電效率的提升創(chuàng)造了良好條件。

就我國風力發(fā)電機容量發(fā)展情況而言，國內(nèi)主流風力發(fā)電機的機型從2005年750～850 kW，到2013年已經(jīng)增加到1.5～2.5 MW；在發(fā)電機單機容量上，也表現(xiàn)出持續(xù)增大的發(fā)展趨勢，其中，2012年新增機組平均單機容量為1.65 MW，2013年新增機組平均單機容量為1.73 MW，最大風電機組為6 MW。

同時，在海上風電機組方面，其容量也朝著大規(guī)模化發(fā)展，海上風電場中大量應用了華銳風電3 MW海上風電機組， 3.6 MW、4 MW、5 MW以及6 MW海上風電機組也開始建設并試運行，海上風電開發(fā)利用得到進一步發(fā)展[2]。

就風力發(fā)電機型而言，當前國外普遍采用的都是雙饋異步發(fā)電型變速風電機組，包括丹麥Vestsar公司、美國GE風能公司等，我國風電企業(yè)生產(chǎn)的大多也是雙饋異步發(fā)電機變速恒頻風電機組。就2013年新增風電機來說，雙饋異步發(fā)電型變速風電機組大約能占總量的69%，其中，在海上風電場中，3 MW雙饋異步發(fā)電機變速恒頻風電機組已經(jīng)被批量投入使用，6 MW雙饋異步發(fā)電機變速恒頻風電機組也開始試運行。

2.2 風力發(fā)電機組控制技術方面的發(fā)展

在風力發(fā)電中，發(fā)電機組運行的效率與安全在很大程度是取決于控制技術的，因此，風力發(fā)電機組控制技術得到足夠的重視，在近些年來，得到一定程度發(fā)展，具體可以體現(xiàn)在以下兩個方面。

2.2.1 變速恒頻控制技術

在傳統(tǒng)的風力發(fā)電機組中，采用的大多是恒速恒頻控制技術，具有結(jié)構(gòu)簡單、控制方便、性能可靠等優(yōu)點，但是，在這種控制技術下，當風速改變時，風力機轉(zhuǎn)速保持不變，風力機無法保證最佳轉(zhuǎn)速，會降低風能利用效率，減小輸出功率，從而影響發(fā)電效率。

變速恒頻控制技術就有效改變了恒速恒頻控制技術的不足，根據(jù)風速情況適當調(diào)節(jié)風力機轉(zhuǎn)速，可以使風力機保持在最佳轉(zhuǎn)速狀態(tài)，有效提高風能利用系數(shù)，最大程度的捕獲并利用風能，使機組運行處于最優(yōu)化，提高發(fā)電效率。當前，在我國風電機場建設中，風電機組控制采用的大多是變速恒頻控制技術[3]。

2.2.2 變槳距調(diào)節(jié)技術

在傳統(tǒng)風力發(fā)電機中，在恒速運行情況下，采用的通常是定槳距失速調(diào)節(jié)技術，是將輪轂與槳葉固定連接后，使槳距角保持在一個固定值，當風速高于額定值時，根據(jù)槳葉翼型失速的特點，氣流功角會滿足失速條件，受槳葉表明紊流的影響，機組發(fā)電效率就會相應降低，從而實現(xiàn)限制輸出功率的目標，其調(diào)節(jié)方式較為簡單，但也存在葉片結(jié)構(gòu)與制造工藝復雜、自重大以及發(fā)電效率低等弊端。

變槳距調(diào)節(jié)技術是通過在風力機組加裝葉片槳距調(diào)節(jié)裝置，根據(jù)風速情況來改變槳距角，在運行時，通過槳距角的改變來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，在輸出功率小于額定功率時，槳距角為0，無需控制；在輸出功率超過額定功率時，通過調(diào)節(jié)變槳距改變槳距角，維持輸出功率的穩(wěn)定，優(yōu)化機組輸出功率特性，改善機組的啟動性能。變槳距調(diào)節(jié)技術不僅具有載荷控制平穩(wěn)、高效、安全的優(yōu)點，還可以降低槳葉所受到的應力，減少葉片制造材料，減輕機組重量，延長機組使用壽命，對風電系統(tǒng)運行性能提升有著積極作用。但是，相應地，變槳距調(diào)節(jié)技術會在一定程度上增加風電機組結(jié)構(gòu)的復雜性。

3 結(jié) 語

綜上所述，風力發(fā)電對改善我國電能情況、減輕環(huán)境污染、節(jié)約能源等都有著重要意義，大力發(fā)展風力發(fā)電，是我國社會經(jīng)濟發(fā)展的重要要求。近些年來，我國風力發(fā)電發(fā)展較為迅速，在風力發(fā)電技術方面，有了長足進步，風力發(fā)電的商業(yè)運行水平不斷提高，但依然有許多不足之處。因此，加強對風力發(fā)電的研究，加大在風力發(fā)電方面的投入，是我國電力行業(yè)應當重視的工作。

參考文獻：

[1] 任麗蓉.我國風力發(fā)電現(xiàn)狀及其技術發(fā)展[J].科技經(jīng)濟市場，2011，（4）.

[2] 李軍軍，吳政球，譚勛瓊，等.風力發(fā)電及其技術發(fā)展綜述[J].電力建設，2011，（8）.

[3] 楊民.研究分析風力發(fā)電及其技術發(fā)展[J].電子技術與軟件工程，2014，（5）.