淺議風(fēng)力發(fā)電技術(shù)現(xiàn)狀及存在問(wèn)題

摘 要：風(fēng)能作為一種清潔可再生能源，將在新能源發(fā)電中扮演重要的角色。本文對(duì)國(guó)內(nèi)外風(fēng)力發(fā)電的現(xiàn)狀、發(fā)展進(jìn)程，利用風(fēng)能發(fā)電的優(yōu)越性，以及我國(guó)風(fēng)力發(fā)電存在問(wèn)題進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電；現(xiàn)狀；問(wèn)題分析

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.07.171

人類對(duì)自然世界的不懈探索及對(duì)創(chuàng)造革新的不斷追求驅(qū)動(dòng)著科學(xué)技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值隨之而生。人類生活方式由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展而改變，造成能源的開發(fā)利用不斷增加。維持社會(huì)的穩(wěn)定發(fā)展不能缺少能源消耗，經(jīng)濟(jì)發(fā)展是能源高效充足供應(yīng)的衍生物。一百多年以來(lái)，因不可再生能源如石油、煤炭、天然氣等的過(guò)度開采消耗，使得各國(guó)發(fā)展的主要限制條件變?yōu)槟茉磪T乏和環(huán)境污染。在未來(lái)，只有采取可持續(xù)發(fā)展，開發(fā)利用新能源，才能讓人類文明得到新發(fā)展。

風(fēng)能由太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化，風(fēng)能占太陽(yáng)輻射至地球能量的2%。由風(fēng)車磨坊到風(fēng)力發(fā)電，風(fēng)能使用的變化，體現(xiàn)著科學(xué)的發(fā)展。風(fēng)能是清潔能源，風(fēng)力發(fā)電是運(yùn)用風(fēng)能最高效的措施。地球上水流的能量比風(fēng)能少，各類固體液體燃料之和也不如風(fēng)能多。在利用新能源的過(guò)程中，風(fēng)能依靠著建造速度快，環(huán)境條件少，使用效率高等優(yōu)勢(shì)受到全球各地的重視。

1 風(fēng)力發(fā)電技術(shù)現(xiàn)狀

在第二次工業(yè)革命完成之后，北歐地區(qū)出現(xiàn)首個(gè)現(xiàn)代風(fēng)力發(fā)電機(jī)，而直到上世紀(jì)80年代，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的電氣控制才能夠?qū)崿F(xiàn)。近幾年，全球風(fēng)力發(fā)電邁入飛速進(jìn)步推廣時(shí)期，在褪去技術(shù)上的稚嫩，突破使用上的桎梏后，歐美各國(guó)不斷頒布可持續(xù)能源獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制，促使目前風(fēng)力發(fā)電行業(yè)生機(jī)勃勃，其前景不可估量。美國(guó)和加拿大是西半球的發(fā)達(dá)國(guó)家，雄厚的資金實(shí)力和新鮮的獎(jiǎng)勵(lì)刺激使其成為風(fēng)能利用最佳的地方。美國(guó)各州有6成以上開始利用風(fēng)能資源，其風(fēng)力發(fā)電的總裝機(jī)容量可以供應(yīng)160萬(wàn)個(gè)中等家庭的日常用電。

西班牙在本土安裝的風(fēng)電機(jī)組，配置中速齒輪箱和永磁同步發(fā)電機(jī)及全功率變流器，可以使機(jī)組低功率運(yùn)行，提高利用率；配置多變量控制系統(tǒng)配合獨(dú)立葉片變槳控制，能夠降低機(jī)組荷載，延長(zhǎng)服務(wù)壽命。美國(guó)制造巨擘GE推出的機(jī)型使用最新的功率變流器結(jié)構(gòu)，在控制上研發(fā)出“動(dòng)態(tài)無(wú)功控制（Wind-VAR）”，能向電網(wǎng)提供無(wú)功并穩(wěn)定電壓。歐洲發(fā)展和應(yīng)用全功率變流并網(wǎng)技術(shù)，提高風(fēng)能利用范圍，改善電能質(zhì)量。

站在控制和運(yùn)行這兩個(gè)角度看風(fēng)電技術(shù)的進(jìn)展，能把風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)分成變速恒頻和恒速恒頻。恒速恒頻風(fēng)力機(jī)在風(fēng)電發(fā)展起始階段多為使用，其定槳距角的控制策略造成的低利用率已成為最大短板，不能匹配目前的風(fēng)電產(chǎn)業(yè)進(jìn)程。由此，更加先進(jìn)的變速恒頻系統(tǒng)（VSCF， Variable Speed Constant Frequency）誕生。另外，變速恒頻系統(tǒng)能采用脈寬調(diào)制技術(shù)（Pulse Width Modulation， PWM），此時(shí)不僅能夠增強(qiáng)開關(guān)的使用壽命，而且可以提高風(fēng)能的使用效率。

風(fēng)力的隨機(jī)和不可控和電網(wǎng)嚴(yán)格要求的安全運(yùn)行在本質(zhì)上是矛盾的。由此，在目前和未來(lái)的設(shè)計(jì)規(guī)劃中，應(yīng)該通過(guò)分析風(fēng)電電源特性、預(yù)測(cè)評(píng)估風(fēng)電對(duì)電網(wǎng)的影響，全面提升既有電網(wǎng)的風(fēng)電接納能力，促使此矛盾在安全運(yùn)行的界線內(nèi)實(shí)現(xiàn)最佳調(diào)解。

2 我國(guó)風(fēng)電發(fā)展現(xiàn)狀

風(fēng)能資源在我國(guó)非常充沛。中國(guó)氣象局于2010年首次公布中國(guó)風(fēng)能資源研究重要成果：中國(guó)海、路距地50m以上的高度，風(fēng)速達(dá)3級(jí)以上風(fēng)力資源的潛在可開發(fā)量約為25億kW。與世界其他國(guó)家的風(fēng)電資源比較，中國(guó)與美國(guó)不相上下，大大多于丹麥、英國(guó)與德國(guó)。

最近幾年，中國(guó)的風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)迅猛，我國(guó)已成為世界上新增和累計(jì)風(fēng)電裝機(jī)容量最多的國(guó)家。我國(guó)幅員遼闊，尚有巨大風(fēng)能資源等待開發(fā)。約占全國(guó)一半的潛在風(fēng)能資源開發(fā)量在內(nèi)蒙古，在規(guī)劃的風(fēng)電場(chǎng)建成后，其發(fā)電量接近三峽水利樞紐工程總發(fā)電量的30%。甘肅省酒泉市計(jì)劃中的千萬(wàn)千瓦級(jí)特大型風(fēng)電基地，等到所有潛力發(fā)掘后，其總裝機(jī)容量規(guī)模可以稱為“路上三峽”。

3 我國(guó)風(fēng)電發(fā)展存在的問(wèn)題

風(fēng)在自然界一直處于變化狀態(tài)，在不同年份其特征并不相同，一個(gè)地區(qū)少風(fēng)年與多風(fēng)年的風(fēng)能相差甚遠(yuǎn)。因此，評(píng)估某地的風(fēng)力資源潛力，沒(méi)有長(zhǎng)期的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)作為參考，其趨勢(shì)特點(diǎn)必定是不可信的。目前，我國(guó)的測(cè)風(fēng)資料已經(jīng)跟不上風(fēng)電設(shè)備的發(fā)展方向，并不能完全提供風(fēng)電場(chǎng)的需求。

風(fēng)電場(chǎng)的建設(shè)風(fēng)生水起，但同時(shí)，有些建成的風(fēng)電場(chǎng)已被荒廢，使用率太低。風(fēng)電“發(fā)得出，送不出”的抱怨已是普遍現(xiàn)象，初步統(tǒng)計(jì)，我國(guó)有30%的風(fēng)電裝機(jī)并網(wǎng)項(xiàng)目處于空轉(zhuǎn)狀態(tài)，造成昂貴設(shè)備浪費(fèi)。風(fēng)電發(fā)展受到掣肘的最主要因素是上網(wǎng)問(wèn)題。 電網(wǎng)企業(yè)無(wú)條件接收風(fēng)電入網(wǎng)是國(guó)家的政策，但實(shí)行下來(lái)，電網(wǎng)企業(yè)有苦難言。一個(gè)制約風(fēng)電上網(wǎng)的重要原因是風(fēng)電波動(dòng)大，對(duì)電網(wǎng)形成沖擊。

風(fēng)電的間歇性和不穩(wěn)定性在并入電網(wǎng)后會(huì)沖擊電網(wǎng)，令電能質(zhì)量惡化。為了讓風(fēng)電能達(dá)到入網(wǎng)條件，使入網(wǎng)的電盡力穩(wěn)定，電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商需增加額外的調(diào)峰設(shè)備，而這肯定會(huì)提高企業(yè)的投資，企業(yè)積極性低也就可以理解了。“上網(wǎng)難”最后還是歸因于風(fēng)電沒(méi)有規(guī)劃、野蠻開發(fā)。

4 總結(jié)

風(fēng)能作為清潔的可再生能源，具有大規(guī)模開發(fā)、利用的前景。本文對(duì)國(guó)內(nèi)外風(fēng)力發(fā)電現(xiàn)狀進(jìn)行分析，并對(duì)我國(guó)風(fēng)電發(fā)展中存在的問(wèn)題進(jìn)行闡述。雖然我國(guó)的裝機(jī)容量在不斷增加，但是與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)的風(fēng)電行業(yè)發(fā)展仍然存在著一定的差距。在以后對(duì)風(fēng)電的規(guī)劃和投資中，還應(yīng)做到因地制宜。

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作者簡(jiǎn)介：苗樹楷（1991-），男，山西晉城人，碩士研究生，從事設(shè)計(jì)工作，研究方向：城市軌道交通動(dòng)照及電力設(shè)計(jì)。