淺談風力發電的現狀及前景

葉波

摘 要：迄今為止，在全球可再生能源發電裝機容量中，風電占有很大比例，而在被利用的可再生能源中，風能則占一半以上。因此，風力發電成為可再生能源應用技術中最為先進與領先。伴隨世界風力發電高速增長，風能作為清潔的可再生能源并具有大規模開發、利用的前景。為此，本文通過對風力發電現狀分析、風電發展前景進行較為詳細闡述，指出了風力發電的發展現狀以及風電的發展趨勢，為該領域的進一步研究與發展提供有效參考。

關鍵詞：風力發電;發展現狀;發展趨勢;

引言：伴隨人類對清潔能源需求不斷強化，全球風力發電行業業已成為飛速發展的新能源新貴。同時，近些年其增長速度以不低于20%的比率在持續提高。風力發電技術的日趨成熟度以及其較高的經濟可行性，同時加之各國政府持續出臺清潔能源的激勵政策與法規，極大促進了風力發電行業向著更加廣闊的前景發展。風電技術基于二十世紀八十至九十年代在歐洲的快速發展，風電機組制造技術日臻完善，為此風電產業開啟更大規模與穩定的商業模式。迄今為止，風電產業保持著高速發展勢態，兆瓦級風力發電機組的主流技術操作與應用模式，主要通過雙饋異步以及永磁直驅式變速恒頻風電機組以實現。

一、風力發電現狀分析

（一）關于風力發電機組裝機容量方面

在風電技術的不斷提高的推動下，全球風電發電量不斷增加。近些年，由于各國政府對風力發電的重視程度不斷提高，構成全球的風電裝機容量顯著的提高。盡管在全球經濟發展速度減緩背景下，但是制造行業風電裝機的年增長率仍在高位運行。當前全球電力的發展因環境以及能源短缺等因素影響，我國亟待構建無須進口且具有清潔、可靠、易于安裝等特點的技術來實現電力的發展，因此風力發電成為首選解決方案。

（二）關于風電聯網運行方面

風電具有強隨機波動性、低可控性特征，因此大規模并網接入將對電網的運行造成不利影響。與此同時，電網擾動或運行質量劣化，則又會影響聯網風電的運行。電網保證安全運行的要求與風電隨機波動且較難控管的電源特性構成矛盾狀態。為此，風電電源與電網的協調性成為關鍵與重要環節。旨在確保電網安全運行，我們需要掌控風電電源特性并準確評估風電對電網的影響，以充分挖掘電網的風電接納能力。當前，風電相關研究主要聚焦于電網風電接納能力、風電功率預測與風電聯網對電網影響及改善方法以及風電機組低電壓穿越能力等方面。

（三）關于設計生產制造與運行控制技術方面

研究風電技術發展歷史，我們將風力發電系統劃分為控制技術與運行方式兩個方面，即變速恒頻與恒速恒頻兩大發電系統?？v觀發電技術發展歷程，我們發現在風力發電初始階段，較多為定槳距恒速恒頻風力機，然而其最大缺陷在于不能依據風速變化而進行槳距角調節，這將導致風能利用率較低。當風力發電技術的不斷創新與發展，單機容量逐步增大，低效率的定槳距角控制風機模式已無法滿足風力發電行業需求。為提高風能的利用率并使風機能夠獲得最大程度的捕獲風能，那么我們就必須對風機的制造技術和控制技術進行迭代創新。因此該領域創新出變速恒頻風力發電系統，該系統優勢在于發電機可根據風速的變化調節風力機旋轉速度，使之匹配風速變化并在最佳轉速狀態下運行，最大限度的提高了風能利用率。同時，該系統所采用的脈寬調制技術，不僅可以降低開機與關機的消耗率，而且還實現了自動調節系統功率與抑制諧波的功能，以此提高了風能的利用率。在風力發電產業快速發展背景下，并網容量增加逐步加大，變速恒頻發電機將取代恒速恒頻發電機組。作為變速恒頻風力發電機組兩大主流機組，即雙饋式感應異步發電機與直驅永磁同步風力發電機，已經實現快速發展。

一、關于風力發電前景研究

（一）在風電機組單機容量方面將持續加大

在風電技術發展推動下，全球風電產業發展迅猛，裝機容量連年上升，而且已經向海上風電發展勢頭強勁，圖1為全球風電新增裝機。

（二）在結構設計方面將向緊湊、柔性、輕盈化發展

在風電機組單機容量不斷增大的趨勢下，旨在便于運輸與安裝，則對機組在結構設計方面實現緊湊、柔性和輕盈化目標。為此，我們可以采取加長風機葉片與充分利用高新復合材料，以及采用直驅動系統，將調向系統設置于塔架底部，而驅動系統則被裝配于結構緊密的整鑄框架上，構建荷載力以最合理模式，自輪轂傳遞至塔筒上等。

（三）在低電壓穿越技術方面將得到更大推廣與應用

在機組單機容量及風電場規模不斷擴大的過程中，風電機組與電網間的相互制約已成為較大問題。也就是說，當電網發生故障導致大面積風電機組啟動自身保護機制而脫網，而嚴重影響電力系統的運行穩定性。在風電機組接入電網的容量不斷增加的勢態下，我們需要電網機組在電網在出現故障并電壓跌落時不發生脫網運行狀況。而且在故障排除后，相關設備可以幫助風電發電系統以較快速度重啟穩定運行狀況。這就對風電機組在控制方面提出具有較強的低電壓穿越能力的要求。而可實現此功能的主流機型為雙饋異步風機和直驅永磁風機。

（四）陸上風電將向海上風電發展

因陸上風電場囿于風能環境、機組占地及安裝等因素的制約，陸上風電場在基底的壓應力滿足承載力要求的基礎適用范圍，而且上部結構荷載較大。但這些問題，對于海上風電系統則相對比較容易解決。與此同時，通常海上風速大于陸地并較為穩定，而且具備超3000小時以上的年度利用潛力。為此，海上風電年發電量可比陸上至少高出50%數量級。

（五）在機組運行方面將采取更多智能控制技術

面對風電系統運行特點及控制系統的特性，風電領域已經將各種智能控制技術不斷應用于變槳距控制系統中，在很大程度上解決了風力發電系統中的非線性、隨機擾動等問題?；诟倪M的神經網絡最佳功率跟蹤控制策略，采用學習算法與改進的粒子群優化算法對神經網絡進行在線訓練，形成槳距角根據功率的變化不斷進行最佳調節的智能化控制目的。

結語

全球經濟的快速增長，構成我們對能源的需求亦在不斷的增加。人類的生存依靠能源的開發，因為充足的能源是形成經濟發展的重要前提與條件。傳統能源如煤炭、石油、天然氣等在科技發展背景下被超額消費，導致全球環境遭受污染并能源緊張、短缺，已經成為限制人類發展的重大問題。為此，人類只能通過著力挖掘新能源的方式，以實現全球經濟與社會長足發展。同時，新能源的開發與利用不僅能夠作為傳統能源的補充，更重要的是可以有效降低環境的污染。人類在新能源挖掘過程中，風能憑借著其環境要求低、儲量豐富、建設周期短以及利用率較高等優勢，在全球得以持續并快速的發展。因低污染、低排放是風力發電典型特征，所以，風電必將成為人類在能源可持續發展方面的戰略選項。

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