風力發電及其技術發展綜述

白曉紅

內蒙古中廣核風力發電有限公司

風力發電及其技術發展綜述

白曉紅

內蒙古中廣核風力發電有限公司

風是由空氣流動引起的一種自然現象，它是由太陽輻射熱引起的。因地表受太陽輻照后氣溫等變化不均造成大量空氣流動，其所產生的動能就稱為風能。利用風力發電具有環境效益好、基建周期短、裝機規模靈活等優點。世界氣象組織(WMO)和中國氣象局氣象科學研究院的數據分析表明，地球上可利用的風能資源為可利用水能的20倍，約為200億KW，風能資源相當豐富。在應對當前全球氣候變暖等環境危機的背景下，風能作為一種具備相當優勢、技術成熟、成本可觀的清潔型能源，已經受到了廣泛重視并成為具有廣闊應用前景的能源之一。

風力發電；技術；發展

目前普遍采用的風力發電機包括同步交流發電機﹑異步交流發電機和直流發電機三種。采用發展風力發電其中可以減少對石化能源的依賴，減少化學物質的排放量可以保護我們地球的環境。隨著大規?？稍偕L力發電技術不斷進步，在不久的將來清潔可再生風能將會變成我們生活中不可缺少的資源。因此，國內外許多國家都十分重視發展這一新型的可再生發電技術—風力發電技術。加快我國風電項目建設，對于促進我國沿海地區治理大氣霧霾﹑調整能源結構和轉變經濟發展方式具有重要意義。

1 風力發電的發展現狀

風力發電是一種利用風動能轉換為機械動能，再向電能轉換的過程，其工作原理是借助風的動力來推動風車葉片旋轉，再通過增速機加快風車葉片旋轉的速度，帶動發電機發電。風力發電具有環保﹑節能等優點，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，在能源發展中占據著重要地位。在世界環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展的必然要求，為順應這種發展趨勢，降低化石能源的利用率，大力發展發電在內的可再生能源﹑核能等，是世界能源發展的基本內容，也是我國戰略新興產業規劃的重要組成部分，對我國國民經濟增長起著重要作用。

2 風力發電機的類型

2.1 按儲能容量劃分

風速的大小影響著發電機輸出功率的大小，風速的穩定性直接影響著發電機輸出功率的穩定性。目前我國采用儲能電池通常為鉛酸蓄電池，根據風力發電產生的儲能容量風力發電機組被劃分為如下4種種類：容量在0.1到1千瓦之間的為小型風力發電機組，容量在1到1000千瓦之間的為中型風力發電機組，容量在1000到10000千瓦之間的為大型風力發電機組，容量在10000千瓦以上被視為巨型風力發電機組。

2.2 根據輪軸的安裝方式劃分

1)水平軸式安裝的風力發電機。水平軸式安裝的風力發電機一般由塔基和塔基上部搭載的工作翼艙構成。工作翼艙里一般會布置有齒輪調速系統﹑液壓系統﹑發電機系統等機構。一般的風機上安裝的翼片數有3到6個。水平軸式安裝的風力發電機上安裝調向裝置是為了讓風機上安裝的翼片最優的迎風角度，從而使得風機產生更大的響應容量。2)垂直軸式安裝的風力發電機。20世紀30年代研制出了垂直軸式安裝的風力發電機。垂直軸式安裝的風力發電機可以分別利用翼型升力和空氣阻力做功來輸出電能。Darrieus型風機為其中一類具有典型代表性的風力發電機，常見有Y型﹑H型﹑菱形等多種類型。S型風輪是第二類風機的典型結構，它由兩個軸線錯開的半圓柱形組成，其主要優點是起動時轉矩較大。

3 風力發電技術的發展趨勢

3.1 變速恒頻控制技術

在傳統的風力發電機組中，采用的大多是恒速恒頻控制技術，具有結構簡單﹑控制方便﹑性能可靠等優點，但是，在這種控制技術下，當風速改變時，風力機轉速保持不變，風力機無法保證最佳轉速，會降低風能利用效率，減小輸出功率，從而影響發電效率。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，根據風速情況適當調節風力機轉速，可以使風力機保持在最佳轉速狀態，有效提高風能利用系數，最大程度的捕獲并利用風能，使機組運行處于最優化，提高發電效率。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 單機從小容量到大容量發展

為提高風能及發電設備的利用效率，減少風電場的占地面積，使風電產業的經濟利益最大化，兆瓦級大容量機組已成為發展趨勢。

3.3 定槳距向變槳距變速發展

風能具有隨機性和爆發性的特點，當風速變化時，改變風輪的槳距角使其保持在最佳葉尖速比。以期獲得風能的最大利用效率。并且在電網發生故障時，通過調整葉輪槳距角減少風能捕獲，以利于機組緊急停機或配合低電壓穿越控制策略。

3.4 雙饋主導，直驅引領

由于雙饋風機技術較為成熟﹑控制性能好﹑生產成本低等優點，已占據風電市場的主導地位。而與之相比的直驅電機，因減少了齒輪箱帶來的故障隱患，提高了運行可靠性，與之相連的全功率變流技術具有良好的低電壓穿越能力。因此，直驅風機及其衍生的半直驅風機將引領未來的風電市場。

3.5 變槳距調節技術

變槳距調節技術是通過在風力機組加裝葉片槳距調節裝置，根據風速情況來改變槳距角，在運行時，通過槳距角的改變來調節轉速，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，通過調節變槳距改變槳距角，維持輸出功率的穩定，優化機組輸出功率特性，改善機組的啟動性能。變槳距調節技術不僅具有載荷控制平穩﹑高效﹑安全的優點，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，對風電系統運行性能提升有著積極作用。

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

[1] 李軍軍，吳政球，譚勛瓊，陳波.風力發電及其技術發展綜述[J].電力建設，2011，08：64-72.

[2] 鄂春良.海上風力發電及其控制技術[J].電器工業，2007，01：28-30.