風(fēng)力發(fā)電技術(shù)與應(yīng)用探析

郎澤旭

摘要：在當(dāng)今社會，人們越來越能感受到能源的緊缺，因此，可再生能源成為人們普遍追求的一個方向。在這當(dāng)中，風(fēng)力發(fā)電倍受人們關(guān)注，因為其成本低，污染小，具有廣闊的發(fā)展前景。近年來，我國風(fēng)力發(fā)電市場快速發(fā)展，與此同時，對于發(fā)電技術(shù)的要求也越來越高。本文針對風(fēng)力發(fā)電的技術(shù)、發(fā)電站的選址，以及風(fēng)力發(fā)電的趨勢做了詳細(xì)闡述。

關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電；風(fēng)力發(fā)電技術(shù)；發(fā)電站選址；風(fēng)力發(fā)電趨勢

Abstract: in today's society, more and more people can feel the energy shortage, therefore, renewable energy to become widely in one direction. In the midst of this, wind power, attention because of its low cost, low pollution, has a broad development prospects. In recent years, the rapid development of wind power market in China, at the same time, more and more is also high to the requirement of power generation technology. Based on wind power technology, the power station's location, and the trend of wind power in detail in this paper.

Key words: wind power generation; Wind power generation technology; Power station site selection; Trend of wind power

中圖分類號：TK8文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：

一、 風(fēng)力發(fā)電概述

1、 風(fēng)力發(fā)電的概述

在過去，人們普遍采用的煤炭、石油、天然氣等傳統(tǒng)能源進(jìn)行發(fā)電，但是因為這些能源是不可再生資源，終有一天會被用盡。為了滿足正常需求，人們開始探索新能源，并對其進(jìn)行利用，風(fēng)能就是其中之一。在諸如日本、美國、英國等國家，每年都會遭到龍卷風(fēng)的襲擊，而龍卷風(fēng)所攜帶的風(fēng)能能量非常巨大，可以在很短的時間內(nèi)將整棵大樹連根拔起。曾經(jīng)有人對此做過研究，拔起一棵大樹所需要的能量折合為電能大概是750萬千瓦的功率。據(jù)調(diào)查顯示，每年全球風(fēng)能大概是2.74×109MW,如果能夠有效利用其來發(fā)電，可以發(fā)電100億千瓦，這個數(shù)據(jù)是全球所有水力發(fā)電站的9倍。

我國土地廣闊，所能利用的風(fēng)力資源也是比較巨大的，其中陸地風(fēng)能約2.5億千瓦，海上風(fēng)能7.5億千瓦。和傳統(tǒng)能源相比較，風(fēng)能不依賴于任何礦物能源，發(fā)電的成本也比較穩(wěn)定，如果可以很好地對這些風(fēng)能進(jìn)行利用，可以大幅降低我國對煤炭資源的依賴，同時也可以減輕對環(huán)境的污染，更好的做到可持續(xù)發(fā)展。

2、風(fēng)力發(fā)電的原理

風(fēng)是由于空氣的流動而形成的，風(fēng)能具有隨機性，并且可以隨著高度的變化而變化。風(fēng)力發(fā)電其實就是利用風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，將空氣流動產(chǎn)生的風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機械能，最終轉(zhuǎn)化為電能。

二、風(fēng)力發(fā)電技術(shù)研究

在現(xiàn)實生活中，風(fēng)力發(fā)電是利用風(fēng)帶動風(fēng)車上的葉片進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，在這個過程中，將動能轉(zhuǎn)化為機械能，然后通過轉(zhuǎn)軸帶動發(fā)電機旋轉(zhuǎn)，從而達(dá)到發(fā)電的目的。

風(fēng)力發(fā)電裝置一般有三個結(jié)構(gòu)：風(fēng)輪、發(fā)電機、鐵塔。風(fēng)輪是由兩只或者兩只以上葉輪組成，對質(zhì)量的要求比較高，需要經(jīng)得起風(fēng)吹日曬，并且質(zhì)量要輕。當(dāng)風(fēng)力撞到葉輪上時，可以將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機械能。在早期社會，因為風(fēng)向以及風(fēng)速等原因的影響，風(fēng)力發(fā)電時有時無，很不穩(wěn)定。為了解決這個問題，現(xiàn)在人們經(jīng)過創(chuàng)新，在風(fēng)機上邊加入齒輪變速箱，以此來滿足風(fēng)力以及風(fēng)向的需求。這樣可以避免因風(fēng)速或風(fēng)向造成的電壓不穩(wěn)，保證頻率的穩(wěn)定。鐵塔是為了支撐風(fēng)輪以及發(fā)電機，保護(hù)風(fēng)輪免受地表亂流的影響。發(fā)電機是完成發(fā)電最后一步的必要設(shè)備，它可以將機械能順利轉(zhuǎn)化為電能，以供人們需要。

由于風(fēng)力發(fā)電機組設(shè)備安裝在戶外，因此，為了使發(fā)電機組能夠有效使用，安全運行，在進(jìn)行發(fā)電機組選擇時一定要把好關(guān)，選用優(yōu)質(zhì)的材料，采用先進(jìn)的技術(shù)，綜合考慮結(jié)構(gòu)強度，風(fēng)力負(fù)荷，葉片應(yīng)力，調(diào)速機構(gòu)，限速裝置等因素，做好設(shè)備的選擇工作。

截止到目前為止，我國風(fēng)力發(fā)電還不是很成熟，還有許多方面需要改進(jìn)。主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

1、風(fēng)電電網(wǎng)和傳統(tǒng)電網(wǎng)合并后可能會造成電壓閃變，進(jìn)而造成諧波污染。在此過程中，如果風(fēng)速快于切出風(fēng)速，風(fēng)機就會停止轉(zhuǎn)動。而風(fēng)機的運行和風(fēng)速息息相關(guān)，風(fēng)速又具有不穩(wěn)定性，因此很難保證風(fēng)速一直不變。不論電場中發(fā)電機同時啟動還是同時停止，都會對整個電網(wǎng)產(chǎn)生極大的影響。

2、怎樣才能更好地利用風(fēng)能。

影響風(fēng)能的利用最關(guān)鍵的是風(fēng)能的轉(zhuǎn)化率太低，因此在設(shè)計時要充分考慮到這點。一般情況下，改變風(fēng)輪機葉片的迎風(fēng)面和縱向的旋轉(zhuǎn)軸之間的夾角來調(diào)節(jié)葉輪片的受力，同時調(diào)節(jié)在大風(fēng)時風(fēng)機輸出功率的增加量，以此保證輸出功率的穩(wěn)定。當(dāng)風(fēng)電場在額定風(fēng)速以上時，變漿距就會發(fā)揮作用，調(diào)節(jié)葉片的角度，將輸出功率控制在額定范圍內(nèi)。當(dāng)風(fēng)電場在額定風(fēng)速以下時，變漿距會將葉片角度調(diào)至零度附近，用以控制輸出功率。除了這個作用，變漿距還有一個顯著優(yōu)點，就是在風(fēng)速達(dá)到一定數(shù)值時，風(fēng)力機會自動停止轉(zhuǎn)動，但如果是變距型風(fēng)力機，可以有效地避免這一情況的發(fā)生，它可以將角度調(diào)節(jié)至槳葉可以負(fù)載的模式，避免風(fēng)機停止，從而更有效的利用風(fēng)能。

3、風(fēng)力發(fā)電站選址

風(fēng)力不僅會因季節(jié)的變化而變化，也會因為地貌的變化而變化，因此，在進(jìn)行發(fā)電站選址時一定要綜合考慮到各方面因素，具體選址如下：

(1)峽谷風(fēng)力比較大的地方。比如盆地或者是低洼地形交流的峽谷地。這種地方風(fēng)力一般比較大，可以更好地利用風(fēng)能。

(2)建在用電中心。在用電量比較大的地方進(jìn)行發(fā)電站建設(shè)，可以很好地利用風(fēng)能，避免浪費。

(3)建在交通比較便利的地方。這種地方建發(fā)電站可以方便材料的運輸，節(jié)省建站時間，同時也方便發(fā)電站管理。

(4)年平均風(fēng)速在3m/s以上，運行風(fēng)速達(dá)為4m/s以上的時間達(dá)4000小時以上。將發(fā)電站建在這個地方可以保證充足的電量，不會對人們的日常生活造成影響。

因為風(fēng)力隨著季節(jié)的變化而變化，因此在建設(shè)風(fēng)力發(fā)電站的過程中，要注意風(fēng)力流向問題。如果是在比較寬闊的場地，可以采用風(fēng)向跟蹤技術(shù)，如果地勢比較狹窄，可以在風(fēng)口處安裝帶有逆止閥取風(fēng)裝置，以此來接收各個方向的來風(fēng)，并且把收集到的風(fēng)向引導(dǎo)單項風(fēng)力發(fā)電機組處，有效避免風(fēng)力不足的情況。

對于風(fēng)力發(fā)電站來說，選址非常重要。如果能用人工建筑物收集風(fēng)力，可以將風(fēng)力發(fā)電機的廠房以及線路集中布置，避免土地浪費，同時，也便于發(fā)電站的管理。對于風(fēng)力發(fā)電機組來說，如果可以采用正負(fù)電荷采集電機，可以使設(shè)備簡單化，并且可以使系統(tǒng)更加穩(wěn)定，從而將風(fēng)力發(fā)電站的建設(shè)成本降到最低。

四、風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展趨勢

1、風(fēng)力發(fā)電成本降低。和太陽能，生物質(zhì)能等其他新能源相比，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)更成熟，成本也比較低，對環(huán)境的污染也相對較少。隨著風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的不斷發(fā)展，風(fēng)力發(fā)電機組所需的費用也越來越少，同時日常維護(hù)成本也在不斷地減少。

2、風(fēng)電設(shè)備國產(chǎn)化。2005年7月, 國家發(fā)展和改革委關(guān)于風(fēng)電建設(shè)管理有關(guān)要求的通知中明確規(guī)定: 風(fēng)電設(shè)備國產(chǎn)化率要達(dá)到70%以上。實現(xiàn)風(fēng)電設(shè)備國產(chǎn)化主要是為了提高中國風(fēng)力發(fā)電設(shè)備制造技術(shù)，降低風(fēng)力發(fā)電的成本，提高市場的競爭力，進(jìn)而推動中國風(fēng)力發(fā)電技術(shù)不斷走上大規(guī)模的商業(yè)化趨勢。同時隨著國產(chǎn)風(fēng)電設(shè)備的不斷發(fā)展，風(fēng)電設(shè)備的價格也會越來合適。

3、 海上風(fēng)力發(fā)電逐漸興起。近年來，隨著陸地風(fēng)機總數(shù)的不斷飽和，海上風(fēng)力發(fā)電逐漸興起，成為風(fēng)力發(fā)電的研究熱點。在我國，海上風(fēng)力資源遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于陸地風(fēng)力資源。2010年，上海風(fēng)力發(fā)電機總裝機容量達(dá)到200--300 MW。截止目前，我國正在對江蘇近海風(fēng)電進(jìn)行規(guī)劃，而上海海上風(fēng)力發(fā)電以處于準(zhǔn)備階段。

4、風(fēng)力發(fā)電機組不斷大型化。隨著技術(shù)的不斷改進(jìn)，風(fēng)力發(fā)電機組不斷趨于大型化。2002年，國際風(fēng)力發(fā)電主流機型已達(dá)1.5MW 以上。目前，歐洲發(fā)電機組達(dá)3. 6MW，美國以研制成功7MW風(fēng)力發(fā)電機組。中國研制城的發(fā)電機組最大功率為2-3MW, 國產(chǎn)風(fēng)電機組目前的主流機型為1.5MW。

五、結(jié)語

隨著科技的不斷發(fā)展，人們對于風(fēng)能的認(rèn)識也在不斷加深。我國人口較多，對于能源的需求也比較大，政府也在不斷加大風(fēng)力發(fā)電的研究。我國自身也有諸多有利條件，例如海岸線綿長、風(fēng)力資源豐富等。作為可再生資源，風(fēng)力發(fā)電的前景非常好，將成為我國可再生能源中極具規(guī)?；蜕虡I(yè)化的新能源。

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