刍议风力发电的发展现状及趋势

刍议风力发电的发展现状及趋势

王朝

大唐新能源试验研究院北京100068

摘要：众所周知，风力资源属于可再生资源，并且拥有巨大的资源量，取之不尽用之不竭；近年来随着全球屡次爆发石油危机，煤炭危机等等，同时新型能源核电并不能取得重大的技术突破，实现大规模普及还有一定的距离，因此，风力发电技术正成为当前研究的主流。国内外中国科研机构，企业也开始结合风的特点制造适用于不同区域约束下的发电器材；经过几十年的发展，我国风力发电技术在优秀科研人员的指导下正不断呈现欣欣向荣的局面，风力发电也不断惠及更多的中国居民。

关键词：风力发电；现状；发展趋势

1风力发电

风力的形成与地表压力差有一定的关系。风力就是由于高压向低压方向移动而产生的动能，太阳辐射也是风能产生的重要条件，在太阳辐射下风力才能转化为风能。风力发电技术将风力转化为风能再转化为电能的过程。在早期社会，我国人们就开始利用风能，如风车抽水、磨面等。风力发电的原理就是将风力的动能转化为机械能，然后将机械能转化为动能，这就是风力发电。

2风力发电系统的类型

风力发电机组种类很多，可以根据不同的划分标准分成几种类型。

2.1按机组容量划分

按机组容量划分可分为小型机组、中型机组、大型机组和巨型机组。小型机组的机组容量为0.1-1kW；中型机组容量为1-1000kW；大型机组容量为1-10MW；巨型机组容量为10MW以上。

2.2按风力发电机的运行特征和控制方式划分

2.2.1恒速恒频风力发电系统

这种风力发电系统在上世纪八九十年代使用较多，该系统结构简单、控制方便、可靠性高，缺点是该系统转速不随风速大小改变，风能利用率不高，输出功率不大，发电率相对较低。

2.2.2变速恒频风力发电系统

该系统风力机转速可调节，从而适应风速变化，最大限度利用分能，提高系统发电率。该系统目前是大型风电场中的风电机的主流运行方式。

2.3风力发电的运行方式分类

2.3.1离网型风力发电系统

离网型风力发电系统以单机独立运行为主，该系统容量一般在几百至上千瓦级别，相对较小，主要用于缺点地区用户，在城乡公路供电中应用较为广泛。

2.3.2并网型风力发电系统

并网型风力发电系统与常规发电模式相同，通过与大电网互联提高风能的有效利用，具有较好的经济性，是现阶段比较流行的大型风电场风能发电方式。

2.4风力发电的输出功率调节方式分类

2.4.1定浆距失速调节型

该类型风电系统通过固定轮毂和桨叶来保持浆距角不变，该输出功率调节方式简单，主要用于恒速运行情况，该系统由于叶片较重，机组受力较大，导致发电效率相对较低。

2.4.2变浆距调节型

该类型调节方式通过在风力机上加装叶片调节装置来改变浆距角，使其能够适应风速变化。该方式能够减轻机组重量，使桨叶承受的压力减小，降低机组运行的损耗，提高系统运行效率。

2.5风力发电机风轮轴位置分类

风力发电机风轮轴按位置分为垂直轴风力发电机和水平轴风力发电机，其中，垂直轴风力发电机装机成本相对较低，机组维护检修方便，机组使用寿命长。水平轴风力发电机技术成熟，单机容量大，启动性相对较好。

2.6风力发电的变换器功率变流技术分类

风力发电系统按照的变换器功率变流技术分为交-交变换系统、交-直-交变换系统、混合式变换系统、矩阵式变换系统、多电平变换和谐振变换系统这五类。其中交-直-交变换系统能够实现能量的双向传递，输出电流谐波含量小，系统结构相对简单，目前风力发电系统中应用最为广泛。

3风电技术存在的主要问题分析

3.1风力资源北多南少，分布不均

我国最初设立的风力发电试点工程是在东北的吉林、辽宁以及位于西北的新疆等北方省份。以新疆省举例来说，这里的达坂城风力发电厂是我国目前来说最大的一个风能基地。新疆所处的地理位置在内陆虽看起来并无优势，但是我们却忽略了新疆的地貌地形。新疆地处我国的西北内陆，属沙漠地带，拥有广阔的戈壁滩，地势平坦无阻挡，尤其在冬季风的巨大影响下，一点点的风，都能带动风车的旋转，因此风力资源十分丰富。

而我国的南方多以丘陵山川地形为主，除东南沿海地区和部分岛屿的风力资源较为丰富之外，其他南方内陆地区只能在风力资源地区分级时排在最后。

3.2风电产业链发展不均衡

在当前风电行业的发展形势下，风电机组设施等各方面建设显得越来越重要。但当前我国的风电产业链还不够完善，主要表现在机组零部件和核心部件的发展速度不一致，导致的风电机组不能够进行整体设计。涉及到核心技术的零部件目前还需要依赖于国外的供给，无法自给自足。与此同时，在机组的物流运输、设备维护、产业咨询和系统监测等方面没有形成系统化的管理体系。这些情况的出现，都使得我国的风电行业无法顺利的发展下去。

3.3单机容量不足导致的建设费用居高不下

虽然，在我国风电技术人员多年的辛苦探索和研究下，风电机组的单机容量已经从500kW提高到了1.5MW。但是由于我国的风电行业发展迅猛，系统的理论知识以及实践经验不足，无法完成科学的精密的载荷极限方面的计算工作，致使风电机组的单机容量不足以跟上时代发展的脚步，满足我国目前更大的电力需求。

同时，正因为单机容量不够，而电力需求又大，我们只能通过增加风电机组的数量来支撑整个风电行业的发展。可由于风电机组的建设费用迟迟降不下来，所以接连导致的结果就是，整个风力发电行业的成本居高不下。

3.4风电机组的安全性还有待加强

安全是每个行业发展中最重要的问题。由于我国目前的风电技术研究及推广的时间还不长，因此安全性能也处于较低的状态，尤其是在并网以及输送这两个方面。就当前状态来看，风电机组出现事故的主要原因大多集中在装机阶段的技术环节没有得到应有的重视，其次是在行业的自身管理方面还存在着诸多的问题。

4风力发电的发展趋势

分离作为一种重要的清洁能源，已经成为全世界关注的重点，且产业发展的总体趋势为以下几点：

4.1单机容量呈大型化发展

为提高风能的利用率，降低风电场的面积，提高风电的经济效益，大容量风电机组成为未来风电发展的趋势。

4.2变浆距将成为发展主流

风能的随机性和不稳定性，要求在风度发生变化时，发电设备可以通过改变风轮的浆距角使叶尖速比保持在最佳状态。在电网发生故障需要紧急停机时，可以通过调整叶轮浆距角降低风能的转化，从而优化停机策略并且配合低电压穿越控制。

4.3变速恒频直驱永磁同步发电机系统将成为发展的主流

双馈风机具有控制性能好，且成本较低的优势，已经占领了风电市场。直驱电机的使用，提高了系统的可靠性，全功率变流技术能够很好的满足低压穿越要求。

4.4海上风电将快速发展

随着风电机组和风电规模的日趋庞大，风电设备的运输和选址受到限制，加上海上风力资源极为丰富，使得海上风电场将成为风电发展的另一重要方向。

5结束语

总之，风力发电在近年来发展极为迅速，有效解决了国家能源紧缺和环境保护的问题，对我国环境、经济的可持续发展具有重要意义，是国家重点发展的能源产业。该文介绍了大规模风电场的投入对电网安全运行的影响，对风电运行中所面临的技术问题进行了阐述，并对风电未来的发展趋势进行了展望。随着技术的不断发展，风电将逐步走向常规化，成为电力供应的重要组成。

参考文献:

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