風力發電技術的問題與探討

文/楊建明,晉能清潔能源風力發電有限責任公司

風力發電技術的問題與探討

文/楊建明,晉能清潔能源風力發電有限責任公司

風力發電是當前發展前景極為廣闊的可再生能源發電，近年來，我國風力發電事業發展迅猛，對先進的風力發電技術的需求也日益急迫。

風力發電技術；問題；研究

引言

風力是一種綠色環保且可持續的新能源，尤其是在發電領域，風電在我國得到了快速發展，并已經成為傳統發電方式的有效補充。隨著風電事業的發展，我國風力發電技術也得到了長足的進步，但必須看到，我國風力發電系統技術還存在一定的缺陷與不足。

1 風力發電技術存在的問題

經過長期的發展，風力發電系統技術已經實現了現代化，并不斷成熟與完善，大型發電機也越來越普及。但不可否認的是，雖然我國風力發電事業發展迅猛，社會效益和經濟效益不斷提升，但在技術上仍然存在一些亟待解決的問題。一是風電場建設規劃的科學性有待于提高。我國風能豐富地區主要在東南沿海及西北地區，風能密度大，發電效率高，但并非所有地區都適合發展風電。尤其是在風速低的弱風地帶，如何有效利用風能資源，還有待于技術的進步以及規劃的科學。二是由于風速、風向變化劇烈，對風力機的性能提出了更高要求。目前我國大型風電場的發電機組還主要依靠近口，不僅成本高，而且在維護、檢修方面也需要更多的專業人才。這些因素都對風電發展造成了制約。三是單機容量有待于提高。當前我國風力發電技術進步的標志之一就是單機容量正不斷增大，但配套技術沒有跟上，在結構動力學研究、電機設計、制造工藝及質量等方面，增加了運行及維護成本。四是并網技術有待于更新。目前我國風力發電并網技術水平的代表是河西電力網絡采用的串補技術，走在了世界前列。

2 風力發電技術研究

2.1 風力預測技術

風力預測技術對于風力發電站選址、風力發電系統設計、電網建設等都具有十分重要的基礎作用。由于風電輸出功率與風速大小、風速變化密切相關，因此，在風力發電項目立項調查階段，風力預測就必須進行。當前，風力預測技術主要有基于風力觀測數據和氣象模擬兩種方法。前者主要是利用選址目標地區的長期氣象數據，對數據進行線性或非線性處理，進而形成當地風力觀測模式，并對今后時期的風力情況進行預測。這種方法的局限性在于必須擁有長期的、準確的歷史觀測記錄，且精度較低，如果單獨使用將可能對最終預測結果造成偏差，甚至會嚴重影響風力發電站建成之后的運行效益，造成資源浪費。后者則主要是運用現代氣象預報技術，建立起當地風力情況的虛擬模型，對風力情況進行預測。這種預測方法目前已經成為風力預測的主流方法，被廣泛運用于風力發電選址、風力發電系統設計、項目建設的全過程。

2.2 風力發電機組控制技術

風力發電機組控制技術主要集中于三個方面，即變槳控制、偏航控制和變流控制。控制技術與發電機組的發展密切相關，但其關鍵在于對功率、對風系統及功率變流的控制。變槳控制是針對變槳距機組技術，從而解決定槳葉自動失速、功率不穩等問題，從而使風輪自動適應風速的變化，對葉片空氣動力轉矩進行調節，實現風能的最大利用率。偏航控制是針對風向變化，使風輪自動調整與風向一致，從而使機組平穩運轉。偏航控制的核心部件是偏航裝置，根據不同的機組可以采用尾舵對風、側風輪對風、伺服電機調向等。變流控制則是指采用全功率變流，完成風電機組輸出功率的變換與并網，以控制輸出功率，實現電網有功功率與無功功率的靈活控制。

2.3 海上風力發電技術

海上風機主要有四種類型，分別是單樁風機、重力式混凝土沉箱、多樁及吸力式風機。單樁風機在安裝時需要較高的費用，因為單樁風機受到海底地質條件和海水深度的影響，安裝設備較為專一。它一般安裝在海底10米至20米的地方。重力式混凝土沉箱基礎結構體積較大，造價相對比較低廉，穩定性和可靠性較高，在安裝時需要進行海地測量準備。多樁基礎，通常是為三腳樁適合在深海進行建造，它的樁徑較小，鋼管樁部通過灌漿技術與上部保持相連，但是這種結構在我國還沒有成功安裝過。最后一種是吸力式沉箱基礎，它適合安裝在砂性土及軟粘土的地區，可以細分為單柱及多柱吸力式沉箱基礎，單柱的安裝費用要比多柱的相對較高。海上風電機組在控制原理是可靠、高效、安全。但是由于在海上，在對設備進行操作與維護時有諸多不便，這就需要控制系統更加安全可靠，靠遠程進行監控并維護。在控制系統中采用了冗余技術，例如傳感器、通信線路等都進行了備用方案就是為了使其更加可靠。采用智能化控制技術通過在線診斷技術、控制器等預先進行了解避免故障的發生。此外，還要進行優化設計，防雷防腐的各項保護技術。

2.4 高空風力發電技術

2.4.1 發電機懸置于空中的高空渦輪發電

發電機在空中的渦輪機型高空風能發電，受制于空中系統的重量和體積，發電規模難以做大。龐大的氦氣球和渦輪機上升到高空不但要客服巨大的自重，安全性能和收集的風能也不是很理想。而且此類發電方式同樣需要解決空中系統的穩定性難題及系統控制技術瓶頸問題。因此，發電機在空中的設計方案，目前看來并非高空風能發電的技術發展趨勢。

2.4.2 發電機設置于地面的高空風箏型發電

高空風能發電的主流是發電機在地面的風箏型發電，空中風能采集部分主要是軟體（由輕質高強度化纖材料組成），如意大利的K iteGen、美國的MakaniPower的高空風電技術。目前國際主流的風箏型高空風能發電技術，大多數空中系統的穩定性難題和空中系統控制技術瓶頸還沒有完全得到有效解決。

3 結語

我國目前的經濟發展速度飛快，同時也增加了對能源的需求量。由于風能是可再生的清潔能源中最重要的組成部分，因此對它的開發力度將日益加大。在此過程當中，風電技術的研發與進步顯得尤為重要。在未來的發展中，我們將投入更多的人力和物力資源來支持風電行業的發展，加快對風電行業的基礎設施建設和對技術方面的研究，優化我國的能源結構，為我國的經濟發展和節能減排作出重要貢獻。

[1]魏超.淺談風力發電技術發展現狀及趨勢[J].科技創新與應用,2012，9(8).

[2]杜學忠.風力發電技術發展現狀及關鍵問題分析[J].電氣制造,2012，6(25).

[3]任麗蓉．我國風力發電現狀及其技術發展[J].科技經濟市場,2011，（04）．