風力發電

我國是世界上少數幾個以煤為主要能源的國家之一，這對環境造成的巨大壓力是不言而喻的；同時，隨著國民經濟的飛速發展，電力需求與電力供應能力之間的矛盾越來越大.因此，逐步優化能源結構、提高能源效率、發展可再生能源，已成為我國可持續發展戰略中不可缺少的重要組成部分.風能作為一種清潔、可再生能源，它的開發利用已經受到電力部門的高度重視.

一、風力發電的優勢

風力發電之所以獲得快速發展，是因為這種發電方式具有很多獨到的優點：（1）除水力發電外，風力發電是當今世界上可再生能源開發利用中技術最成熟、最具有規模開發和商業化發展前景的發電技術；（2）全球風能資源豐富，其潛力約為目前全球用電量的5倍；（3）常規化石能源終將耗盡，而風能作為可再生源，可謂取之不盡、用之不竭；（4）風能是一種綠色環保型清潔能源，清潔無污染；（5）風力發電場施工周期很短，單臺風力發電機組的安裝時間不超過三個月，10MW級風電場建設期不到一年；（6）風力發電場對土地要求低，相關建筑設備實際占地僅占風電場地1%，其余空地仍可供農、牧、漁使用.

二、我國風力資源分布

我國風力資源豐富，陸地離地10米高度可開發的風能總儲量約有43.5億千瓦，其中，可開發和利用的陸地風能儲量有6億到10億千瓦，近海風能儲量有1億到2億千瓦，共計約7億到12億千瓦.風力資源主要分布在“三北”（西北大部、華北北部、東北北部）地區、青藏高原腹地、東部沿海陸地、島嶼及近岸海域.風力強度受季節的影響尤為明顯，冬春兩季受西伯利亞高氣壓的影響，風力較夏秋兩季強，在一定程度上可彌補冬春兩季枯水期水電發電量的不足.

三、我國風力發電狀態

我國風力發電起步于20世紀80年代初，主要是滿足廣大牧民生活用電的需求，主要為離網型小型風力發電機，單機容量為幾十瓦至幾百瓦.隨后開始研制、開發和應用并網型中型風力發電機，并在邊疆、海島、偏遠地區以及少數民族地區廣泛推廣應用.近20年來，我國已經在河北張家口、遼寧營口、黑龍江富錦等等地區建成10多個百萬千瓦級的大型風電基地，并初步形成幾個千萬千瓦級風電基地.2009年，我國風電裝機總容量超過德國和西班牙，世界排名從第四位升到第二位.

四、風力發電基本原理

如左下圖所示，當閉合電路的一部分導體在磁場中做切割磁感線運動時，導體中就會產生電流，這就是發電機的基本原理.如右下圖所示，矩形線圈放在支架上，在它下面放一塊小磁體，用紙做一個小風輪固定在轉動軸上，把小發電機與小量程電流表相接，吹動小風輪使之轉動，可觀察到小量程電流表的指針發生左右擺動，這就是風能轉化為電能的過程.由于線圈中的導線切割磁感線的方向發生周期性變化，發電機發出的是交流電.實用性風力發電機，是利用風力帶動風車葉片旋轉，再透過增速機將旋轉的速度提升，來促使發電機發電.風力發電機因風量不穩定，輸出的是13V～25V變化的交流電，需經整流、升壓，轉化為50Hz的220V交流電，才能保證穩定使用.

五、我國風力發電技術

（一）并網型風力發電成為主流

風力發電通常有獨立運行和并網運行兩種運行方式.獨立運行的風力發電機組又稱為“離網型風力發電機組”，利用一臺小型風力發電機向一戶或幾戶提供電力，在有風期間將多余的風電向蓄電池充電，在電力供應不足時由蓄電池向負荷供電，適合在偏遠農牧區、海島等地利用.并網型風力發電運行方式是將風力發電并入常規電網運行，向大電網提供電力，常常是一處風電場安裝幾十臺甚至幾百臺風力發電機，可以克服由于風的隨機性帶來的儲能問題，具有投資集中、裝機容量大、見效快、受益面廣等優點.

（二）水平軸風電機組成為主流

水平軸風電機組技術，因其具有風電轉換效率高、轉軸較短，在大型風電機組上更顯出經濟性等優點，日漸成為世界風電發展的主流機型.豎直軸風電機組因轉軸過長、風能轉換效率不高，啟動、停機和變槳困難等問題，目前市場份額很小、應用數量有限，但由于其全風向對風、變速裝置及發電機可以置于風輪下方或地面等優點，近年來，國際上相關研究和開發也在不斷發展.

（三）變槳調節技術成為主流

1.變槳調節原理

功率調節是風力發電的核心技術之一，風力發電機在超過額定風速（一般為12～16m／s）以后，由于機械強度及其零部件承受能力的限制，必須降低風能捕獲量，使輸出功率保持在額定值附近，從而減少葉片承受載荷和整個風機受到的沖擊，保證設施設備不受損害.

變槳調節根據風速的變化來調整葉片的安裝角，從而穩定風力發電機組的輸出功率.風速低于額定風速時，調整葉片的安裝角，適度增大槳葉的有效迎風面積，達到盡可能多地吸收風能的目的.風速超過額定風速時，調整葉片的安裝角，適度減小槳葉的有效迎風面積，達到適度吸收風能，保持發電機發電功率平穩的目的.變槳調節方式具有載荷平穩、安全運營等優點，現有絕大多數風力發電機普遍采用這種技術.

2.變槳控制方式

風力發電機變槳控制主要有兩種方式：即統一變槳控制和獨立變槳控制.統一變槳控制是最先發展起來的控制方法，是指機組的所有槳葉都由一個執行機構控制，進行相同的安裝變化.獨立變槳控制是在統一變槳的基礎上發展起來的，是指風機的每個葉片都由獨立的執行機構控制.統一變槳控制具有控制簡單，成本相對較低等優點，但是一旦執行機構出現故障，只能停機維修.獨立變槳控制成本較前者高，且在控制上較復雜，但是可以很好地應付自然界中風力在各個葉片上分布不均的問題，提高風能的利用率，減小葉片的拍打震動，降低風力對機組的沖擊，同時也可以避免一個執行機構出現故障就必須停機的問題，所以說獨立變槳比統一變槳更具有優勢.

六、近期兩大發展趨勢

（一）從內陸風力發電走向沿海

我國東南沿海地區由于經濟發達，用電缺口尤為明顯，拓展沿海地區風力發電的規模已是大勢所趨.沿海地區的海陸風把含有鹽分的水汽吹向風力發電場，鹽分與設備元器件大面積接觸，使之腐蝕的速度大大加快.科研人員相對應地提出系列防腐保護措施：使用鋅鉻膜（達克羅）涂層工藝技術對設備金屬表面處理，使工件表面形成不易被腐蝕的稠密氧化膜；在葉片表面噴涂光觸媒涂料，它利用陽光、雨水、空氣作為基本反應介質，使污染物附著后被分解；對電氣元器件集中的區域進行密封防潮、降溫保護以減緩腐蝕速度……

（二）風電場的環境影響漸受關注

近年來，風力發電場建設過程中的環境友好性日益受到重視.選址過程中，應以最大限度減小地表擾動為原則，盡量減少耕地占用，規避生態保護地區.在鳥類繁殖和遷徙的重要場所，應盡量減少風電場開發，同時，可以在風機上描繪鷹眼和不同顏色彩條，警示鳥類繞行，有效降低鳥類碰撞風機的概率.