風電技術的發展現狀及應用

□吳仲理 嚴循進 盧仕維

隨著社會的發展和進步，社會對能源的需求和依賴也越來越大。為解決日益緊張和惡化的能源危機，改善環境，世界上各個國家都加快了對新能源的開發與研究利用。風力發電技術作為可再生的清潔能源，近年來備受關注、重視與利用，是一種具有很好發展前景的新型發電技術。

一、風電發展的背景

隨著人類社會的發展與工業革命的繼續推進發展，世界性的能源危機持續爆發，同時能源需求卻源源不斷，并且逐年呈上升需求趨勢。風能作為一種可再生綠色環保清潔能源，既不消耗礦物質能源，又不會對環境造成污染，其建設周期短、建設規模靈活，具有極好的社會和經濟效益。風電作為新能源發展項目，因其資源豐富，綠色環保，可再生，技術成熟，對解決能源危機是一個很好的出路。我國是風力資源最豐富的國家，風能儲量世界第一。按照開發利用60%的比例，那么風能將滿足目前我國的全部用電負荷與需求。

二、風電研究應用的意義

自古以來，其實風能很早就被利用，風車抽水、風車磨面等就是很好的例子。風力資源作為一種可再生能源，其潛在能量巨大，全球的風能約為2．74 億兆瓦。其中可利用能源約為2 百萬兆瓦，同比可開發利用的水能總量要大十倍，是通過燃燒不可再生資源獲得能量的三倍之多。當前，我國80%以上的發電量主要依靠煤電，這樣一來，既產生了大量的溫室氣體，又對大氣環境造成了極大的污染和惡化。

為了改變因為煤電造成的環境污染，同時有效保護煤這一不可再生的資源，大力發展風電技術就顯得尤為重要。發展采用風力發電，不僅低碳環保，還不需要為風力資源投入成本，大自然的風能取之不盡用之不竭，風力發電也不會造成環境輻射或空氣污染，利用好了還可帶來巨大的經濟和社會效益。我們國家風力資源豐富，這為風力發電提供了強有力的保障。所有的這些，都為風力發電成為今后新能源發展的主要方向提供了各種保障和有利條件。

三、國內、外風力發電技術發展現狀

(一)國內風力發電現狀。近現代以來，我國利用風力發電的歷史較國外晚一些。尤其和風能發電發展非常發達的國家如德國、美國、西班牙等國相比較，還存在一定的差距與水平。20 世紀80 年代起，風力發電發展迅猛，發展初期研制的風機主要為1 kW、10 kW、55 kW、220 kW 等多種小型風力發電機組，后期，在引進國外先進技術與自主創新相結合下，開始研制開發可充電型風電機組，并在海上風電場與內陸風電場得以廣泛推廣應用，目前有的風機已遠銷海外。到2007 年底，我國風機裝機容量已達到6．05 GW，年發電量占全國總發電量的0．8%左右，比2000 年同類發電量增加了近10 倍，我國的風力發電量已飛躍至世界第5 位。僅2014 年，新增裝機容量2335．05 萬千瓦，同比前一年增長45．1%，累計裝機容量1．1476339 億千瓦，同比前一年增長25．5．%，發展的速度與勢頭很好很快。風力發電在我國發展非常迅猛，裝機容量占有率有了很大的提升。隨著國家對新能源的大力推廣與研究重視，風力發電將逐漸成為我國能源結構中的重要組成部分。

(二)國外風力發電現狀。20 世紀70 年代起，世界范圍內發生了嚴重的能源危機，各國政府通過政策支持和資金補貼，大力鼓勵和提倡發展風電業務。風能的開發和利用在歐美等發達國家應用較好，尤其是德國、西班牙、荷蘭、丹麥等西歐國家，風電在電網中所占比例顯著提升。到了20 世紀80 年代末，國際市場繼續降低風力發電的成本，一些條件較好的風電場發電的單位成本只有8 美分/千瓦時，1．5 美分/千瓦時風電場運行維護成本，成本呈逐漸下降趨勢。

截至2007 年底，世界風電總裝機容量為94，112 MW，其中德國22，247 MW，領先處于世界第一的位置，美國16，818MW，世界第二，我國風力發電裝機容量為6，050MW，居世界第五位。資料顯示，目前全球有20 個大風力發電場，其中有13 個位于歐洲，德國、西班牙成為歐洲最大的風力發電國。截至2007 年末，風力發電在整個電力供應中的比例僅為0．5%，但在歐洲一些風電發達國家，其比例達到10%以上。從世界能源需求發展及環境保護等角度來說，風力發電將逐漸成為新能源發展的一個新的標桿和方向，這對解決世界能源危機和環境保護來說將提供很好的解決方案。

四、風電研究的應用與實現

(一)風電場電氣系統。隨著風電場規模的不斷擴大，風電場與電網或電力用戶的相互聯系越來越緊密。單臺風力發電機組的發電能力是有限的，大規模風力發電都是在風電場中實現的，風電場是在一定的地域范圍內，將所有風力發電機組、輸變電設備、基礎建筑設施、管理運行維護人員等有機組合的集合體。

風電場電氣系統分為4 個主要部分:風電機組、集電線路部分、變電站及場用電系統。風電機組除了風力)機和發電機以外，還包括變頻器和對應的機組升壓變壓器，目前風力發電機一般輸出電壓為0．69kV，每臺風機經過箱式變壓器將電壓升至35kV，再通過集電線路的方式將幾臺風機組變電后的線路匯集，匯集到35kV 架空線路或電纜方式輸送到風電場升壓變電站(主變);風電場主變再將集電匯集的電能升高到110kV，最終通過電纜接入電網系統。如圖1所示。

圖1 某風電場輸變電系統

(二)風電場的應用與實現。依據貴州省氣象局最新的風能資源評價結論，貴州某地10m 高平均風速可達5．0m/s 左右，風功率密度可達150w/m2，屬風能資源可利用區，可建設大中型風力發電場。該地風電場由在建的I、II 期風電場及規劃的III、IV 期共四個風電場組成，四個風電場共用一座110kv 的升壓站，升壓站設在風電場里面。風電場規劃總裝機容量192MW，共裝機96 臺風機，風電機組的單機容量為2，000KW。該風電場屬于清潔環保型發電企業，待后續1 期工程建成后，每年可為電網部門提供上網電量約4．5 億千瓦時，每年可為社會節省標準煤15．6 萬噸，減少二氧化碳等溫室氣體排放量約37 萬噸，節約用水105．5 萬噸。這一風電項目的建成投產，有效地解決了當地能源需求，極大地改善了當地的氣候環境，同時為地方經濟發展和社會發展起到了積極的應有的貢獻。

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