我國風力發電現狀與技術研究

游政+陳雨晴

摘 要：隨著傳統化石燃料資源日益匱乏以及嚴峻的環境危機，發展可再生新能源、優化傳統能源結構、開發綠色電力迫在眉睫。風能作為一種可再生、低污染、低排放的環保經濟能源，隨著近年來風力發電技術日臻成熟，加之國家相關政策的支持以及我國風能資源豐富的天然優勢，風力發電在我國的新能源發電中扮演了重要的角色。本文概述了介紹了我國近年來的風力發電現狀，并針對相應的發電技術做出了介紹了分析。

關鍵詞：風力發電；現狀；技術

進入工業社會以來，人類對于能源的需求呈幾何量級增長，巨大的能源消耗推動了工業化的進程，提高了社會發展水平和人類生活質量，但同時，燃燒化石能源也造成了難以估量的環境損失。近年來，隨著我國工業化和城市化進程的發展，巨大的能源需求和能源、環境雙重危機，使得可再生清潔能源的開發和利用逐漸成為電力行業研究的重要方向。在這種趨勢下，風力發電憑借自身可再生、低污染、前景廣的特點，在清潔能源開發中有著重要的地位。

1 我國風力發電現狀及面臨的問題

1.1 發展現狀

“十五”期間，中國的并網風電得到迅速發展。2006年，中國風電累計裝機容量便已達到260萬千瓦，成為繼歐洲、美國和印度之后，風力發電的主要市場之一。2007年，我國風電產業規模迎來了暴發式增長態勢，截至2007年底全國累計裝機約600萬千瓦。2008年8月，中國風電裝機總量已經達到700萬千瓦，占中國發電總裝機容量的1%，位居世界第五，這也意味著中國已進入可再生能源大國行列。2008年以來，國內風電建設的熱潮達到了白熱化的程度。2009年，中國（不含臺灣地區）新增風電機組10129臺，容量13803.2MW，同比增長124%；累計安裝風電機組21581臺，容量25805.3MW。

從各地區發展情況來看，截止到2009年12月31日，中國風電累計裝機超過1000MW的省份超過9個，其中超過2000MW的省份4個，分別為內蒙古（9196.2MW）、河北（2788.1MW）、遼寧（2425.3MW）和吉林（2063.9MW）。總體而言，中國目前的風電場主要分布于風力資源豐富、風能分部密集的區域，已經基本進入了規模化發展的階段。同時，隨著大型機組技術的成熟，風電的裝機容量大幅增加，風力發電機組從傳統的陸地區域，走向近海發電。借助海上風能資源豐富、區域廣闊、不占用土地等多重優點，發展近海風力發電技術已經成為我國風力發電技術研究和應用的熱點，為風力發電產業的進一步升級提供了新思路。

1.2 面臨問題

1.2.1 風電的不穩定性及間斷性

由于風能是自然資源，自身便具有不穩定和不連續的特點，時刻變化的風力大小，會造成產能時而不足，時而過剩的缺點。隨著風電在整個電網系統中所占的比例上升，不穩定和不連續的缺點將會被放大，導致電網在運行過程中出現突發故障的幾率大大提高，對電網的運行、規劃、管理方面都提出了更高的要求。

1.2.2風力發電成本問題

就目前的技術成本來看，風力發電要高于火力發電。由于風能資源豐富的區域多位于偏遠地區，需要較長的電網線路及配套設施建設。而且，相比傳統的火力發電，風力發電收到天氣因素的制約，長期發電不足或者過剩均會提高相應的風電成本。

1.2.3風力發電廠的選址問題

風力發電廠的建設過程中，前期風能資源調查、評估均是工程量巨大的工作，不僅要針對風能密度進行評估，還要。考慮當地的風能災害問題、電力運輸條件、自然環境保護等諸多綜合性因素

2 風力發電技術

2.1 風電機組功率控制技術

（1）風力機變槳距控制

根據風力機葉片在輪轂的安裝結構可將風機電阻劃分成定槳距和變槳距兩個大類。定槳距風電機組的特點是，葉片固定在輪轂上，槳葉的安裝角不隨風速變化而變化。

變槳距風電機組的葉片與輪轂直接則是以非剛性的連接方式，特點為：葉片針對不同風速情況，可以繞葉片縱梁調節截距，保持在最佳的風向攻角度，從而使得風電機組在不同風速下，始終可以保持在最佳轉換效率的工作狀態下，獲得最大的輸出功率。當風速過大，高于所設定的最大值時，風力機不再工作，葉片順槳以保護風力機。變槳距的風電機組在運行過程中，當輸出功率小于額定功率時，槳距角保持在0°位置不變，不作任何調整；當發電機輸出功率達到額定功率以后，調節系統根據輸出功率的變化調整槳距角的大小，使發電機的輸出功率保持在額定功率。此時控制系統參與調節，形成閉環控制，主要的變槳距方式有電液伺服和電氣伺服兩種。

（2）風力機偏航控制技術

偏航控制系統一般由偏航軸承、驅動裝置、制動器、計數器、扭纜保護裝置、偏航液壓回路組成，主要有被動迎風偏航控制系統和主動迎風偏航控制系統兩種。前者主要適用于獨立的小型化風電機組，在其工作過程中，由尾舵控制，在風向發生變化時，被動對風；后者主要用于大型化的并網風電機組，由位于下風向的風向標發出風向信號，主動對風控制。

偏航控制系統的主要作用為：與風電機組控制系統相互配合，使得風機葉片始終處于迎風狀態，提高發電效率；保障風電機組的安全運行。

（3）恒速恒頻風力發電技術

傳統的恒速恒頻發電系統，由于風速經常性變化，而風力機則保持固定轉速，這導致風能利用率低下，風力機常常運行在低效狀態。

總之，恒速恒頻風力發電技術 ，風能利用率低、需要無功補償裝置、輸出功率不可控、葉片特性要求高等不足，成為制約并網風電場容量和規模的嚴重障礙。

（4）變速恒頻風力發電技術

變速恒頻發電是一種新型的發電技術，通過調節發電機轉子電流的大小、頻率和相位，或變槳距控制.實現轉速的調節.可在很寬的風速范圍內保持近乎恒定的最佳葉尖速比，進而實現追求風能最大轉換效率；同時又可以采用一定的控制策略靈活調節系統的有功、無功功率，抑制諧波.減少損耗.提高系統效率，因此可以大大提高風電場并網的穩定性。主要性能特點特點如下：

（1）傳統的恒速恒頻發電方式由于只能固定運行在同步轉速上，當風速改變時風力機就會偏離最佳運行轉速，導致運行效率下降。而采用變速恒頻發電方式，能保證風力機始終運行在最佳轉速上，始終捕獲最大風能。

（2）變速恒頻發電可以在異步發電機的轉子側施加三相低頻電流實現交流勵磁，控制勵磁電流的幅值、頻率、相位實現輸出電能的恒頻恒壓，提高了系統的穩定性。

3 總結

風力發電已經成為當前電力行業中一個極具發展潛力的方向，因為風能資源清潔性、低成本性等眾多優勢，加上我國可持續發展戰略的支持，我們應該加強對風能資源的利用。近年來，我國的風力發電得到了長足的發展，雖然在發展過程中遇到了不小的挑戰，但是隨著國家在風電行業的進一步投入，各類新興技術的應用和發展，風力發電具有非常樂觀的前景，將會成為我國發展綠色經濟的重要助力。

參考文獻

[1]王毅，朱曉榮，趙書強.《風力發電系統的建模與仿真》[J].中國水利水電出版社，2015，1

[2]王志新.《現代風力發電技術及工程應用》[J].電子工業出版社，2010，

作者簡介

游政（1994-），男，福建省龍巖市，本科在讀。

陳雨晴（1994-），女，福建省龍巖市，本科在讀。