加快發展我國風力發電事業的探討

王軼夫

摘要：經過多年的努力，我國在開發利用風力資源，風電廠的建設等方面都取得了很大的發展與進步。當然風力發電也存在著噪音污染等問題，不過一般風電廠距離居民區較遠，影響不大。可見，風能在保護環境、促進社會和經濟可持續發展方面都有明顯的優勢，它是一種綠色能源。

關鍵詞：風力發電；問題；分析探討

1 我國的風力發電發展現狀

1.1 風電企業的裝機容量

現代風力發電技術面臨的挑戰及發展趨勢主要在于如何進一步提高效率、提高可靠性和降低成本。作為提高風能利用率和發電效率的有效途徑，風力發電機單機容量不斷向大型化發展。從20世紀80年代中期的55kW容量等級的風電機組投入商業化運行開始，至1990年達到250kW，1997年突破1MW，1999年即達到2MW。進入21世紀，兆瓦級風力機逐漸成為國際風電市場上的主流產品。2004年德國Repower即研制出第一臺5MW風電機，Enercon開發出第二代直驅式6WM風電機，預計2013年單機容量將突破15MW。從世界范圍來看，1.5MW-2MW的機型占世界機組容量的比例，已從2007年的63.7%飛速上升到80.4%；而在我國，2005年風電場新安裝的兆瓦級風電機組占當年新裝機容量的21.5%，而2009年比例已經上升到86.86%。這表明容量風電機組已經成為我國風電市場上的主流產品。

1.2 風電企業機組控制技術水平

控制技術是風力發電機組安全高效運行的關鍵技術，這是因為：

（1）自然風速的大小和方向隨著大氣的氣壓、氣溫和濕度等的活動和風電場地形地貌等因素的隨機性和不可控性，這樣風力機所獲得的風能也是隨機和不可的。

（2）為使風能利用率更高，大型風力發電機組的葉片直徑大約在60m～100m之間，因此風輪具有較大的轉動慣量。

（3）自動控制在風力發電機組的并網和脫網、輸入功率的優化和限制、風輪的主動對風以及運行過程中故障的檢測和保護中都應得到很好的利用。

（4）風力資源豐富的地區通常環境較為惡劣，在海島和邊遠的地區甚至海上，人們希望分散不均的風力發電機組能夠無人值班運行和遠程監控。這就對風力發電機組的控制系統可靠性提出了很高的要求。

因此，眾多學者都致力于深入研究風力發電的控制技術和控制系統，這些研究工作對于風力發電機組優化運行有極其重要的意義。計算機技術與先進的控制技術應用到風電領域，并網運行的風力發電控制技術得到了較快發展，控制方式從基本單一的定槳距失速控制向變槳距和變速恒頻控制方向發展，甚至向智能型控制發展。

定槳距型風力機指槳葉與輪轂的連接是固定的，即槳距角固定不變，當風速變化時，槳葉的迎風角度固定不變。失速型是當風速高于額定風速，利用槳葉翼型本身所具有的失速特性，即氣流的攻角增大到失速條件，使槳葉的表面產生渦流，將發電機的功率輸出限制在一定范圍內。失速調節型的優點是簡單可靠，當風速變化引起輸出功率變化時，只通過槳葉的被動失速調節而控制系統不做任何控制，使控制系統大為簡化。其缺點是葉片重量大，槳葉、輪轂、塔架等部件受力較大，機組的整體效率較低，也使得這些關鍵部件更容易疲勞磨損。

變速恒頻風力發電機組是近年來發展起來的一種新型風力發電系統，其轉速不受發電機輸出功率的限制，而其輸出電壓的頻率、幅值和相位也不受轉子轉速的影響。與恒速風電機組相比，它的優越性在于：低風速時能夠跟蹤風速變化，在運行中保持最佳葉尖速比以獲得最大風能；高風速時利用風輪轉速的變化調節風力機槳距角，在保證風電機組安全穩定運行的同時，使輸出功率更加平穩。變速恒頻風力發電機組通過勵磁控制和變槳距調節來實現最佳運行狀態。變槳距是根據風速和發電機轉速來調整葉片槳距角，從而控制發電機輸出功率，由傳動齒輪箱、伺服電機和驅動控制單元組成。隨著風電控制技術的發展，當輸出功率小于額定功率狀態時，變槳距風力發電機組采用OptitiP技術，即根據風速的大小，調整發電機轉差率，使其盡量運行在最佳葉尖速比，以得到理想的輸出功率。

2 風力發電發展中的問題與分析

經過近幾年的持續快速發展，國內風電產業的總裝機容量在世界上處于領先地位，電壓水平逐步提高，網絡規模不斷擴大，我國已形成了華北、華中、華東、華南、東北、西北等六大區域電網，基本構成了完整的跨區域遠程網格體系結構.隨著各種新技術在電力工業中的廣泛應用，電網的數字化和自動化水平得到了極大的提高。然而，隨著國內電網的蓬勃發展和電網建設的巨大成就，風電發展中存在的問題也逐漸顯現出來。未來，風力發電的發展面臨著嚴峻的問題和挑戰。

2.1 風電規劃方案不合理

為主體的風力資源開發和評估、電網公司、政府部門、風電開發商和其他三個部門經常制定計劃對風力資源從自身的角度來看，代表不同的部門的利益，往往導致巨大的差異和失衡的規劃計劃。政府部門一般根據國家政策方向，以優惠政策支持和鼓勵風電資源的積極開發，這將導致相關法規和標準要求的降低。出于安全生產和實際經濟效益的考慮，電網公司往往對風力發電存在一定的顧慮，在具體規劃時也會有所謹慎。開發人員為了追求自動化的利益，會有一定程度的盲目性。三種規劃主體的差異會導致風電規劃方案的偏差。因此，對風力資源進行多維度評價，形成客觀合理的規劃方案是風力發電發展基礎的重要組成部分。

2.2 對風資源的評估不規范且水平較低

當前，國內對于風能資源的評估體系不完整、評估標準不合理、統計方法不科學。在實際的評估中，對于多種因素的影響未做考慮，比如：沙漠地帶、水源地、復雜地形、自然生態保護區等因素對于評估的影響，這樣，就會導致形成的評估報告不可靠、不科學。而在對于風能資源的評估和普查中，也往往是主要依據測風塔和氣象站的記錄，沒有考慮到位置和時間等其他因素，從而導致數據不準確、不全面。

2.3 風能資源的分布與電力負荷不平衡

我國風能資源主要分布在東南沿海和三北地區，是建設大型風力發電基地的理想場所。然而，自然和優良的風能資源主要集中在這些地區的偏遠地區。除了人口稠密、電力需求量巨大的城市外，風能資源的分布與電力負荷存在很大的不平衡。同時，由于各地區經濟發展不平衡、供電結構和輸電技術等實際因素，風電供需極不一致，可能造成較大的成本和安全問題。

2.4 風能盲目開發，風電非理性增長

近年來，由于國家政策的大力支持，許多地方政府出臺了一系列優惠扶持政策，以促進風力發電的發展。然而，在政策的積極鼓勵下，風電資源盲目開發，造成了一系列問題，如管理不足、儲能能力和外部輸電能力不足、風電聯網困難、市場消耗困難等。隨著風電安裝規模的迅速擴大，電網自身的調節能力下降，給電力行業的安全生產帶來了巨大的隱患。因此，政府必須對風電資源的開發進行科學的政策指導。在制定風電優惠政策時，必須考慮到風電資源的配置和風電行業風能區的實際情況。要合理開發能源，避免無序、盲目發展的現象。

3 結語

我國具有發展風力發電的良好條件，所以我國更應根據國情，因地制宜，一切從實際出發，采取與國外合資、積極合作的同時進行自主發展，加強自身的技術研發能力的同時加強人才培養，并制訂鼓勵風力發電發展的相關政策，這樣的話，我國風力發電前景將十分廣闊，將我國建設成風電強國的目標也指日可待。

參考文獻

[1]陶金，張雪，劉煜龍，徐明輝.我國風力發電的現狀和前景探討.現代機械，2013.

[2]王成仁.博弈與規制：中國風電產業發展中的政府行為研究[D].中國社會科學院研究生院，2011.

（作者單位：華能新能源股份有限公司遼寧分公司）