風力發(fā)電技術(shù)與功率控制策略

袁雅琳

摘要

風力發(fā)電是當前較為新穎的發(fā)電方式，在使用過程中不會對環(huán)境造成污染，而且造價較為低廉。當前全球的氣候都在逐漸變暖，而在這樣的背景下風力資源作為一種較為清潔的能源而被得到了廣泛的應用。當前各國都在積極的研究風力發(fā)電技術(shù)，在風力發(fā)電機工作的過程中如何有效的控制發(fā)電功率是整個風力發(fā)電機正常工作的重點。本文主要對未來風力發(fā)電發(fā)展的主要趨勢做出了探討，并且結(jié)合實際情況制定了相應控制發(fā)電功率的策略。

【關(guān)鍵詞】風力發(fā)電技術(shù) 發(fā)電功率 控制 分析

風力發(fā)電最早是在上個世紀開始被人研究的，隨著人們的不斷探索和研究，通過對航空領(lǐng)域飛機旋翼技術(shù)的研究，研究出了一種小型的風力發(fā)電設備，此設備一研究出來就在一些風力較強的海島得到了廣泛的使用。隨著后來人們不斷對此項技術(shù)進行完善，風力發(fā)電技術(shù)也得到了更大范圍的推廣和使用。

1 風力發(fā)電技術(shù)的基本發(fā)電原理

風力發(fā)電主要把風能轉(zhuǎn)化為機械能為基礎發(fā)電的，而后在將轉(zhuǎn)化而來的機械能變成電力動能。在實際工作過程中，風力將風車扇葉帶動旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)的過程中利用增速機加快扇葉的旋轉(zhuǎn)速度，從而有效的促使發(fā)電機進行發(fā)電。而在風力發(fā)電過程中所使用的設備裝置統(tǒng)一稱為風力發(fā)電機組，而此發(fā)電機組又可以細致劃分為風輪、發(fā)電機和塔架三個部分。其中把風能轉(zhuǎn)化為機械能最主要依靠的就是風輪裝置，主要由兩片或兩片以上的螺旋槳形狀的槳葉構(gòu)成。當槳葉受到風的作用時，在槳葉上產(chǎn)生氣動力來促使風輪的轉(zhuǎn)動。為了確保風輪在工作過程中始終對準風向以獲得最大的功率，在實際使用的過程中需要在風輪后安裝一個類似于風向標的尾舵。風力發(fā)電機的塔架就是一個支撐整個風輪、尾舵和發(fā)電機的構(gòu)架。在設置鐵塔的高度時，需要對實際環(huán)境中地面障礙物對風速的影響情況和扇葉實際直徑的大小進行綜合考量，以確保設置塔架的高度符合風力發(fā)電機實際工作的要求。發(fā)電機最主要的作用就是在風輪受到風的作用而產(chǎn)生恒定轉(zhuǎn)速之后，再由升速機將其傳遞給發(fā)電機勻速運轉(zhuǎn)，最終由發(fā)電機將機械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋?/p>

一般小型的風力發(fā)電系統(tǒng)都具有較高的發(fā)電效率，但是這類發(fā)電機不僅只是由一個發(fā)電機頭構(gòu)成，是一個具備一定科技水平的系統(tǒng)，系統(tǒng)內(nèi)包括發(fā)電機和變流器。一般風力發(fā)電機都是由機頭、轉(zhuǎn)體、尾翼、葉片這幾個結(jié)構(gòu)組成，這幾個部分每個都有其作用。風力發(fā)電機的葉片主要受到風力的作用，并且通過機頭將其轉(zhuǎn)化為電能，發(fā)電機的尾翼能夠與確保扇葉始終對著風向以獲得風最大的作用力，風力發(fā)電機的轉(zhuǎn)體為尾翼的正常工作提供了保障，通常轉(zhuǎn)子所使用的都是永磁體或者勵磁體，通過定子繞阻切割磁力線最終產(chǎn)生電能。

2 未來風力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展趨勢

2.1 工作時的電容量不斷的增大

隨著科學技術(shù)水平的不斷提高，風力發(fā)電技術(shù)最主要的發(fā)展趨勢就是不斷的提高了工作時的電容量，當前很多風力發(fā)電機的電容量基本都可以保持在一兆瓦以上，但是最大的可以達到五兆瓦。在當前的一些發(fā)達國家內(nèi)己經(jīng)開始使用更大電容量的發(fā)電機，美國甚至己經(jīng)開始研發(fā)電容量為十兆瓦的發(fā)電機。隨著科學技術(shù)水平的不斷發(fā)展，在未來風力發(fā)電的最大電容量可能會達到五十兆瓦。

2.2 由陸地的風力發(fā)電逐步向海上轉(zhuǎn)移

當前大多數(shù)的風力發(fā)電設備都設置在陸地上，很少有設置在海上的風力發(fā)電設備。當前世界上很多風力發(fā)電技術(shù)較為成熟的國家逐漸的將陸地上的風力發(fā)電開始向海上轉(zhuǎn)移。在海上建造風力發(fā)電設備其基本原理大致和陸地上的發(fā)電設備原理相同，但是在海上建造風力發(fā)電設備對土地資源沒有較高的要求，減少了對于陸地上土地資源的消耗。并且一般海上的風力資源要遠遠大于陸地上的風力資源，提高了對于風力資源的利用效率。當前我國正在大力的研發(fā)海上風力發(fā)電技術(shù)，相信不久之后就可以投入使用。

2.3 風力發(fā)電技術(shù)的發(fā)電效率將會不斷的提高

隨著科學技術(shù)的不斷研發(fā)和改進，風力發(fā)電技術(shù)也得到了不斷的完善和改進。但是一般風力發(fā)電設備一般的使用年限都較短，很難超過二十年，而且這類設備都具有較高的造價。并且在安裝完成后，還需要對設備進行定期的維護和處理，極大的降低了設備整體所帶來的經(jīng)濟效益。所以未來風力發(fā)電技術(shù)在實際工作過程中發(fā)電的效率會不斷的增加，通過對設備不斷的改進和完善，減小對于整個設備的負荷。

3 控制發(fā)電機功率的方法

3.1 控制發(fā)電機功率的原理

對于風力發(fā)電機功率的控制原理較為簡單，其最基本的內(nèi)容就是在受到一定風力的作用下，有效的控制整個風力機組的輸出功率。在風速的變化在一個穩(wěn)定的范圍內(nèi)時，對其進行變速控制，并且建立相應的數(shù)據(jù)分析曲線，從中選擇一個最合適的功率曲線，從而得到一個最大的功率數(shù)值。當風速十分不穩(wěn)定時，可以調(diào)節(jié)風力發(fā)電機的槳距，調(diào)整槳葉和槳距角之間的距離，以確保輸出的額定功率不會改變。

3.2 實際功率控制的工作流程

在進行風力發(fā)電的功率控制過程中，使用最多的手段就是變槳控制。在實際使用這種方法的過程中，先對風力發(fā)電機阻的整個控制系統(tǒng)進行優(yōu)化，通過槳距來進行風速大小的判斷。當風速過于小時，風力發(fā)電機組不會做出調(diào)整，當切入時的風速與發(fā)電機組的額定風速之間存在差別時，發(fā)電機的變速裝置就會傳感器發(fā)送一個信號，從而對發(fā)電機的功率進行有效的調(diào)節(jié)。風力發(fā)電機的功率控制最主要的就是建立一個完整的內(nèi)部控制系統(tǒng)，設置一定的額定功率對實際的發(fā)電功率進行有效的調(diào)節(jié)。

4 總結(jié)

當前越來越多的人認識到了風能重要性，也不斷的加強了對于風電技術(shù)的研發(fā)和改進，未來風力發(fā)電技術(shù)的建造成本將會逐漸降低，并且將會漸漸的向海上轉(zhuǎn)移。在風力發(fā)電推廣的過程中，想要不短的增加風力發(fā)電的規(guī)模，就需要不短的對風力發(fā)電技術(shù)進行不斷的改進和完善，以此來提高風力發(fā)電的效率。在對風力發(fā)電機的功率進行控制的過程中，相應的技術(shù)人員需要對風力發(fā)電機實際的工作環(huán)境進行考察，對風力發(fā)電機組的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行不斷的優(yōu)化和改進，從而有效的提高風力發(fā)電設備的穩(wěn)定性和高效性。

參考文獻

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