風力發電技術現狀及發展趨勢

摘 要 風能是最具商業化前景的可再生能源，在全球已得到大規模的開發和利用，隨著科技的發展，風力發電技術取得了顯著的進步。本文闡述了風力發電系統的基本類型，并對不同類型風力發電系統使用的發電機進行了介紹，最后對風力發電技術的發展趨勢進行了探討。

【關鍵詞】風力發電 風能 技術現狀 發展趨勢

在全球能源過度消耗的生態環境下，對新能源的研究和利用已成為世界熱門的話題，風力發電是新能源發電技術中最具規模開發和商業化發展前景的發電方式，目前各國都在加大對風力發電及其相關的技術研究。全球風電行業年度市場增長率達40%，已有一百多個國家涉足到風電行業，該行業已經成為世界能源市場的重要組成部分。我國近幾年風電產業發展勢頭強勁，風電新增裝機的容量穩居全球前茅，因此，對風力發電的技術現狀和發展趨勢進行研究具有重要意義。

1 風力發電系統的類型

風力發電機組種類很多，可以根據不同的劃分標準分成幾種類型。

1.1 按機組容量劃分

按機組容量劃分可分為小型機組、中型機組、大型機組和巨型機組。小型機組的機組容量為0.1-1kW；中型機組容量為1-1000kW；大型機組容量為1-10MW；巨型機組容量為10MW以上。

1.2 按風力發電機的運行特征和控制方式劃分

1.2.1 恒速恒頻風力發電系統

這種風力發電系統在上世紀八九十年代使用較多，該系統結構簡單、控制方便、可靠性高，缺點是該系統轉速不隨風速大小改變，風能利用率不高，輸出功率不大，發電率相對較低。

1.2.2 變速恒頻風力發電系統

該系統風力機轉速可調節，從而適應風速變化，最大限度利用分能，提高系統發電率。該系統目前是大型風電場中的風電機的主流運行方式。

1.3 風力發電的運行方式分類

1.3.1 離網型風力發電系統

離網型風力發電系統以單機獨立運行為主，該系統容量一般在幾百至上千瓦級別，相對較小，主要用于缺點地區用戶，在城鄉公路供電中應用較為廣泛。

1.3.2 并網型風力發電系統

并網型風力發電系統與常規發電模式相同，通過與大電網互聯提高風能的有效利用，具有較好的經濟性，是現階段比較流行的大型風電場風能發電方式。

1.4 風力發電的輸出功率調節方式分類

1.4.1 定漿距失速調節型

該類型風電系統通過固定輪轂和槳葉來保持漿距角不變，該輸出功率調節方式簡單，主要用于恒速運行情況，該系統由于葉片較重，機組受力較大，導致發電效率相對較低。

1.4.2 變漿距調節型

該類型調節方式通過在風力機上加裝葉片調節裝置來改變漿距角，使其能夠適應風速變化。該方式能夠減輕機組重量，使槳葉承受的壓力減小，降低機組運行的損耗，提高系統運行效率。

1.5 風力發電機風輪軸位置分類

風力發電機風輪軸按位置分為垂直軸風力發電機和水平軸風力發電機，其中，垂直軸風力發電機裝機成本相對較低，機組維護檢修方便，機組使用壽命長。水平軸風力發電機技術成熟，單機容量大，啟動性相對較好。

1.6 風力發電的變換器功率變流技術分類

風力發電系統按照的變換器功率變流技術分為交-交變換系統、交-直-交變換系統、混合式變換系統、矩陣式變換系統、多電平變換和諧振變換系統這五類。其中交-直-交變換系統能夠實現能量的雙向傳遞，輸出電流諧波含量小，系統結構相對簡單，目前風力發電系統中應用最為廣泛。

2 風力發電機的類型和原理

風力發電機根據結構和運行原理不同可以分為直流電機、感應異步電機和同步電機幾大類。不同的發電系統所用的發電機不同，恒速恒頻風力發電系統常使用異步感應電機和電勵磁同步電機，異步感應電機運行穩定、結構簡單、使用維護方便、環境適應性強，但運行范圍較宅。電勵磁同步電機可靠性高、頻率穩定、電能質量好。變速恒頻風力發電系統使用的電機類型比較多，常用的有籠型異步電機、繞線式異步電機、永磁同步電機、混合勵磁永磁同步電機、開關磁阻發電機、高壓發電機、儲能式發電機等。

3 風力發電技術的發展趨勢

我國風電行業已經步入了快速發展的時期，風力發電技術逐漸更具規模化和有效化，現已采用新的葉片技術、新型發力風電機、新型電力電子技術等智能優化風力發電系統，提高了可靠性和惡劣環境下的安全性。

（1）對于巨型機而言，采用延長葉片會使運輸和安裝成本增加，因此分段式葉片技術應運而生，很好的解決了運輸和安裝問題，同時采用強化碳纖維增強葉片剛度，玻璃鋼和熱塑等混合紗絲制造葉片，縮短了葉片的生產時間。

（2）采用無刷交流雙饋異步電機、開關磁阻發電機和高壓發電機也降低了成本，提高了可靠性，便于設備維修及養護，新型風力發電機的研制仍然是當前的重要任務。

（3）新型大功率變化器的研究和應用勢在必行，多電平變化器相對兩電平變換器顯著的降低了功率器件的開關損耗，大幅度的提高了轉換效率，同時，新型儲能技術也日益受到了人們的關注，起到了維持電網頻率穩定的作用。

（4）隨著風電規模的擴大，對電網的影響逐漸加深，為了不影響電力系統的穩定性，就要求風電發電機組不脫網運行，在故障切除后盡快幫助電力系統恢復運行，即低壓穿越，很多國家都在致力于研究此項，我國在2011年已自主研制出直驅永磁機組成功通過了低壓穿越測試，后續還需繼續完善。

（5）國外對風電機組和風電場的短期及長期發電預測做了很多研究，取得了重大進步，我國應借鑒歐洲國家風能功率預測在推動風電大規模利用方面的成功經驗，大力開展有關研究，提高預測技術水平。

參考文獻

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作者簡介

王珊珊，女，大學本科學歷。研究方向為電力電氣方向。

作者單位

大慶油田電力集團宏偉熱電廠 黑龍江省大慶市 163000